МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ФЭТ

Кондрашов не читай пож

отчет

по лабораторной работе №3

по дисциплине «Микро- и наноэлектроника»

Тема: ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С ЗАТВОРОМ ШОТТКИ

Студенты гр.
Преподаватель		Кондрашов А.В.

Санкт-Петербург

202X

Цель работы

Целью лабораторной работы является приобретение практических навыков качественного анализа основных функциональных зависимостей, описывающих физические процессы, протекающие в полевом транзисторе с затвором Шоттки (ПТШ).

Основные теоретические положения

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор с тремя выводами: истоком, затвором и стоком. Ток, протекающий по проводящему каналу между затвором и истоком, управляется напряжением на затворе. Рассматриваемые полевые транзисторы с затвором в виде барьера Шоттки являются униполярными приборами. Перенос заряда осуществляется электронами (в n-канальных приборах) или дырками (в p-канальных приборах). Поперечное сечение ПТШ показано на рис. 1, где S — исток, G — затвор, D — сток, L — длина канала, А — толщина структуры, h — глубина канала, W — глубина обедненной области.

Рис. 1. Поперечное сечение ПТШ

Анализ работы длинноканального (L>>А) ПТШ проводится при следующих приближениях: приближения плавного канала; приближение резкого края обедненной области; независимости подвижности носителей; однородности легирования по толщине пленки; равенстве нулю последовательных сопротивлений стока и истока.

При отсутствии напряжения между истоком и стоком (U_С = 0) глубина обедненной области определяется контактной разностью потенциалов (U_к = j_i) и напряжением на затворе:

где – концентрация донорной примеси; q – заряд электрона; – диэлектрическая проницаемость полупроводника; – контактная разность потенциалов; – напряжение на затворе. Отметим, что в n-канальных приборах отрицательно относительно истока, а в приведенных выражениях под будем понимать абсолютное значение напряжения на затворе.

В случае U_C ≠ 0 обедненная область расширяется от W₁ на истоковом конце затвора (рис.2) до W₂ на стоковом конце. Глубина обеднения определяется следующей формулой:

где – локальное значение потенциала в проводящем канале ПТШ на расстоянии от стокового конца затвора.

Рис. 2. Обедненная область при U_С ≠ 0

Зависимость дрейфовой скорости от электрического поля в этой модели определяется как:

где ν – дрейфовая скорость; E – напряженность электрического поля; – подвижность свободных носителей заряда.

Напряжение отсечки U₀ определяют из условия смыкания обедненной области и подложки, т. е. W = A:

Увеличение напряжение между стоком и истоком приводит к возрастанию тока канала, что соответствует линейной области ВАХ (рис.3 область 1). Ток в этой области определяется выражением:

где – относительная глубина обеднения под истоковым концом затвора; – относительная глубина обеднения под стоковым концом затвора; – ток отсечки канала (Z – ширина структуры ПТШ).

Рис. 3. Вольт-амперная характеристика U_З1 > U_З2 > U_З3

При возрастании U_C глубина канала под стоковым концом становится равной A, ток достигает максимального значения – тока насыщения:

На ВАХ этому значению тока соответствует область насыщения (рис. 3 область 2). Напряжение, соответствующее началу области насыщения (U_C.нас), определяется следующим образом:

Дальнейшее увеличение напряжения на стоке практически не изменяет ток стока.

Важной характеристикой ПТШ является крутизна:

Крутизна максимальна в области насыщения:

Канальные полевые транзисторы широко применяются в высокочастотных схемах в качестве усилителей. Характеристиками, определяющими работу ПТШ в высокочастотных схемах, являются:

емкость перехода затвор-сток:

граничная частота: