Новосибирск 2013г. Теоретические сведения.
В данной работе будет рассмотрен МДП транзистор с индуцированным n-каналом. Реальная структура МДП - транзистора с n-каналом, выполненного на основе полупроводниковой подложки p-типа, показана на рисунке 1.
Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и управляемый электрическим полем. По конструктивному исполнению и технологии изготовления полевые транзисторы можно разделить на две группы: полевые транзисторы с управляющим р- n - переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором.
В микросхемах наиболее широко распространены МДП–транзисторы с индуцированными каналами n-типа. Транзисторы со встроенными каналами используют реже, в основном как пассивные элементы (нелинейные резисторы). В комплементарных МДП–микросхемах применяют транзисторы с индуцированными каналами n- и p-типа. При одинаковой конструкции n-канальные транзисторы имеют большую крутизну и более высокую граничную частоту, чем p-канальные, вследствие большей подвижности электронов по сравнению с дырками. В большинстве микросхем используются транзисторы с горизонтальным каналом, однако существуют транзисторы с вертикальным каналом, образующимся на стенках вытравленных канавок. Такие транзисторы занимают меньшую площадь на кристалле.
Конструкция и принципы работы мдп-транзисторов с индуцированным каналом.
Основная структура МДП-транзисторов показана на рис.1. Этот четырёх полюсный прибор состоит из полупроводниковой слаболегированной подложки p-типа, в которой сформированы с помощью ионной имплантации, две высоколегированныеn-области – сток (1) и исток (2). Металлический электрод, отделённый от подложки слоем окисла называется затвором 7. Металлические выводы 3,4 образуют омические контакты.
Под затвором расположен тонкий окисел 7.
В кремниевых интегральных схемах отдельный МДП-транзистор окружён, в целях безопасности, областью с толстым углубленным слоем окисла 8, охватывающим транзистор с боковых сторон, который называется пассивирующим или полевым (в отличие от тонкого слоя подзатворного диэлектрика).
Окисел 8 ограничивает канал и в направлении, перпендикулярном движению электронов, определяя ширину канала.
Под разделительными областями 8 расположены сильно легированные слои 9 р-типа, предотвращающие образование инверсных слоевn-типа, которые могли бы вызвать паразитную связь между соседними транзисторами, например, между областями 2 и 2'.
Рис 1. Структура n-канального мдп-транзистора с индуцированным каналом.
В основе работы МДП-транзисторов лежит эффект поля. Наибольшее распространение получили МДП-транзисторы с индуцированным каналом. В транзисторах этого типа канал изначально отсутствует при Uз=0, но при приложении некоторогоUпорог канал индуцируется: в поверхностном слое тип носителей инвертируется и происходит обогащение. Транзисторы такого типа работают только в режиме обогащения. При этом полезность напряжения на затворе должна соответствовать знаку заряда основных носителей в подложке.
В настоящее время известны МДП-транзисторы, изготовленные на различных полупроводниковых материалах (Ge,Si,Ga,As) с использованием различных диэлектрических слоёв (SiO2,Si3N4,Al2O3, и т.д.).
В дальнейшем все напряжения будем отсчитывать относительно истока (т.е. считать его заземлённым).
Когда напряжение на затворе отсутствует, электрическая цепь исток-сток представляет собой два p-n–перехода включённых на встречу друг другу. При этом в ней может протекать очень малый ток, равный току утечки обратно смещенного p-n+перехода. Если же к затвору приложено достаточно большое положительное напряжение, то у границы с диэлектриком образуется инверсионный слой или канал, соединяющийn-области стока и истока. Проводимость этого канала модулируется при изменении напряжения на затворе. Тыловой контакт от подложки может находиться либо под тем же опорным потенциалом, что и исток, либо под напряжением, соответствующим обратному смещениюp-n+–перехода исток-подложка. Напряжение обратного смещения подложки также влияет на проводимость инверсионного канала.