1.3. Проследим, как изменится вах и крутизна вах птш при увеличении толщины активного (эпитаксиального) слоя.

Исходные параметры: N_d = 5,9*10²³ м^-3; U_З = -3,05 В.

Рис. 9. Влияние толщины активного слоя на ВАХ ПТШ

Из графика видно, что увеличение толщины активного слоя приводит к увеличению глубины канала. Для перекрытия канала и перехода в режим насыщения потребуется более высокое напряжение стока. Таким образом, при меньшей толщине активного слоя меньшая глубина канала приводит к насыщению при более низких значениях напряжения стока. Это также объясняется напряжением отсечки, которое будет меньше при небольшой толщине активного слоя, что в свою очередь уменьшит напряжение стока насыщения:

Кроме того, при большей толщине активного слоя ток выше, поскольку более глубокий канал позволяет большему количеству электронов участвовать в проводимости.

Рис. 10. Влияние толщины активного слоя на крутизну ВАХ ПТШ

График крутизны вольтамперной характеристики показывает совпадение кривых до начала насыщения. Этот одинаковый наклон для всех трёх толщин активного слоя объясняется следующей формулой:

где Y_1, Y₂ - относительная глубина обеднения под истоковым и стоковым концом затвора, Z – ширина структуры ПТШ, L – длина канала, А – толщина активного слоя, W_1, W₂ – глубина обеднения под истоковым и стоковым концом затвора.

Изменение глубины канала ΔW при подаче напряжения на сток не зависит от толщины активного слоя A, поэтому крутизна сохраняет постоянный наклон до тех пор, пока не наступит напряжение насыщения.

2.1. Проанализируем изменения глубины обеднения при увеличении напряжения затвор-исток.

Исходные параметры: U_С = 15 В; A = 1,54*10^-7 м; N_d = 5,9*10²³ м^-3.

U_З = -5,23 В

U_З = -2,79 В

U_З = 0,34 В

Рис. 11. Изменение глубины обеднения при изменении напряжения U_З

Глубина обедненной области зависит от напряжения на затворе. Увеличение отрицательного U_З повышает барьер Шоттки, вытесняя электроны из-под затвора, расширяя обедненную область. Это подтверждается формулой:

Изменение напряжения на затворе равномерно влияет на ширину обедненной области вдоль всего канала. Однако в области стока обеднение выражено сильнее из-за того, что исток заземлен. Это создает более сильное обратное смещение на барьере в области стока по сравнению с остальной частью канала. Это подтверждается формулой глубины обедненной области:

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

2.2. Изменения глубины обеднения при увеличении напряжения на стоке

Исходные параметры: U_З = -2,55 В; A = 1,54*10^-7 м; N_d = 5,9*10²³ м^-3.

U_C = 10 В

U_C = 6,4 В

U_C = 3 В

Рис. 12. Изменение глубины обеднения в стоковой части затвора при изменении напряжения U_С

При фиксированном напряжении затвора увеличение напряжения стока приводит к значительному росту обратного смещения барьера Шоттки в области стока, нарушая равномерность её распределения вдоль канала от истока к стоку. Со стороны истока глубина обедненной области не изменяется, так как этот контакт заземлён, и глубина обеднения со стороны истока описывается следующей формулой:

Увеличение напряжения стока приводит к росту глубины обедненной области у стока. В результате, обеднение будет распределено неравномерно, с более глубоким обеднением у стока. Это обусловлено постоянным напряжением затвора и переменным напряжением стока.

Формула для глубины обеднения со стороны стока:

3. Подберем параметры ПТШ таким образом, чтобы I_C.нас = 0,6 A, U_С.нас = 5 В, g_{m нас}  = 0,5 А/В

Значения подобранных параметров: N_d = 5,76*10²³ м^-3; U_З = -4,26 В; A = 1,48 * 10^-7 м.

Рис. 13. ВАХ ПТШ при подобранных параметрах

Рис. 14. Крутизна ВАХ ПТШ при подобранных параметрах

4.1. Изменение ВАХ и крутизны ВАХ ПТШ при учете сопротивлений истока и стока

Исходные параметры: U_З = -4,26 В: A = 1,48*10^-7 м; N_d = 5,76*10²³ м^-3.

Рис. 15. ВАХ ПТШ без учета сопротивлений истока и стока

Рис. 16. Крутизна ВАХ ПТШ без учета сопротивлений истока и стока

Рис. 17. ВАХ ПТШ с учетом сопротивлений истока и стока

Рис. 18. Крутизна ВАХ ПТШ с учетом сопротивлений истока и стока

Сопротивления истока и стока в исследуемом транзисторе снижают его характеристики. Дополнительное падение напряжения на этих сопротивлениях увеличивает общее сопротивление ПТШ и искажает распределение напряжения внутри него, что приводит к уменьшению крутизны и вольт-амперной характеристики.

Экспериментальные измерения проводились при различных напряжениях стока. Однако, изменение напряжения стока лишь сдвигает ВАХ вдоль оси напряжения, поэтому на графике представлены только данные для максимального приложенного напряжения стока.

Выводы

В ходе лабораторной работы мы приобрели практические навыки качественного анализа основных функциональных зависимостей, описывающих физические процессы, протекающие в полевом транзисторе с затвором Шоттки (ПТШ).

Исследование модели ПТШ-транзистора показало, что его работа основана на изменении глубины обедненной области, регулируемой напряжением затвора и стока, толщиной активного слоя и концентрацией примеси. Кроме того, необходимо учитывать влияние паразитных сопротивлений контактов, которые искажают выходные характеристики за счёт падения напряжения на них.