2. Расчет электрических характеристик кремниевого интегрального п-канального мдп транзистора

   1. Задание

1. При заданных исходных данных обеспечить пороговое напряжение V_t = +1 В.

2. Рассчитать и построить выходные характеристики при V_BS = 0 в диапазоне напряжений

V_{D S} = 0 – 5 В;

V_{G S} = 0 – 5 В (шаг 1 В)-в приближении идеализированной модели,

V_{G S} = 4 В – реальная ВАХ.

3. Привести малосигнальную эквивалентную схему и объяснить смысл ее элементов.

2. Теоретические сведения

Структура металл – диэлектрик – полупроводник (МДП) является основой целого ряда полупроводниковых приборов и, в частности, элементов интегральных микросхем. МДП-транзистор – это четырёх полюсный полупроводниковый прибор. Реальная структура МДП-транзистора с n-каналом выполненного на основе полупроводника p-типа показана на рис.6. Металлический электрод, создающий эффект поля называют затвором (G). Два других электрода называют истоком (S) и стоком (D). Эти электроды в принципе обратимы. Стоком является тот из них, на который (при соответствующей полярности напряжения) поступают рабочие носители канала. Если канал n-типа, то рабочие носители – электроны и полярность стока положительная. Исток обычно соединяют с основной пластиной полупроводника, которую называют подложкой(B).

Рисунок 3

Проводящий слой под затвором инверсного по отношению к подложке типа проводимости, соединяющий области стока и истока, называется каналом. В зависимости от способа формирования канала и типа его проводимости различают четыре основные модификации МДП-транзисторов: по типу проводимости p- и n- канальные, нормально закрытые и нормально открытые.

В нормально открытых МДП-транзисторах (со встроенным каналом), канал под затвором существует при нулевом напряжении на затворе. Изменяя величину и полярность напряжения на затворе можно регулировать проводимость канала. Напряжение, при котором канал будет отсутствовать, называется напряжением отсечки. В нормально закрытых МДП-транзисторах (МДП-транзисторы с индуцированным каналом) при нулевом напряжении V_G и канал отсутствует (транзистор находится в закрытом состоянии).

Усилительные свойства МДП-транзистора обусловлены потоком основных носителей протекающих через проводящий канал, и управляемым электрическим полем. Основным способом движения носителей заряда, обусловивших ток полевого транзистора, является их дрейф в электрическом поле. Полевой транзистор управляется напряжением (электрическим полем), посредством которого осуществляется изменение площади поперечного сечения проводящего канала, в результате изменяется выходной ток транзистора. Токопроводящие каналы могут быть приповерхностными (транзисторы с изолированным затвором) и объемными (транзистор с управляемым p-n переходом). В курсовой работе рассматривается транзистор с изолированным затвором. Он имеет классическую структуру металл – диэлектрик – полупроводник (МДП-структуру), в которой роль диэлектрика играет оксид SiO₂. Поэтому полевой транзистор с такой структурой часто называют МДП или МОП транзистором.

.

Полевой транзистор в качестве элемента схемы представляет собой активный не семеричный четырехполюсник, у которого один из зажимов является общим для цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой из электродов полевого транзистора подключён к общему выводу, различают схемы: с общим истоком и входом на затвор; с общим стоком и входом на затвор; с общим затвором и входом на исток. Проводимость инверсного канала модулируется при изменении потенциала затвора. Напряжение на затворе, при котором образуется канал, называется пороговым напряжением Vt.