Шпоры / Шпоры(МП-23_edition) / 32

32.Вольт-фарадная характеристика МДП транзистора.

Свойства структуры МДП как электрического двухполюсника подобны свойствам конденсатора.С этой т з представляет интерес анализ вольт-фарадных характеристик структуры МДП,представляющей собой зависимость дифференциальной ёмкости от напряжения Сs(U)=dQs\dU,где Сs=C\S;S-площадь металлического затвора:Qs=Qsм=-(Qsn+Qsn’);Qsм,Qsn и Qsn’-поверхностные плотности зарядов на затворе, ионов примеси в ОПЗ и электронов в инверсном слое соответственно.

Рис.1.6. Эквивалентная схема структуры МДП.

Rn-сопротивление подложки:Cg=SCsg-ёмкость диэлектрика, Cn=SCsn-ёмкость полупроводника, Csg и Csn-соответствующие удельные ёмкости,причём Csg=_n_o\d

Значение Сsg –определяется толщиной обедненного или обогащённого приповерхностного слоя в полупроводнике.В режиме обогащения( U>0) толщина приповерхностного слоя близка к дебаевской длине экранирования и Csn~_~_n_o\L_Dn

Для точного определения зависимости С sn(U) необходимо найти распределения p(x) и n(x) путём решения уравнения Пуассона совместно с уравнениями:

n=n_i exp [(Fn-Fi)]; p=n_i exp [(Fn-Fi)].При s=0 соответсвует напряжение U_F,называемое напряжением плоских зон.В идеальной структуре МДП U_F=0.В режиме сильной инверсии l>>L_Dn и Сsn~_~_n_o\l(U).

Полное значение ёмкости с труктуры МДП соответствует последовательному соединению ёмкостей Cg и Сn Cs=CcgCsn(U)\[Csg+Csn(U).

Вольт-фарадная характеристика идеальной струкуры МДП.,измеренная на достаточно низких частотах .При больших отрицательных напряжениях толщина обогащённого слоя мала и Csn>>Csg поэтому Cs(U)=Csg.При N_n=P₀~^~10¹⁵ см ^–3 L_Dn составляет около 0,1 мкм и сравнимо с толщиной диэлектрика.Поэтому полная удельная ёмкость плоских зон составляет CsF=Cg_o_g\(d+L_D_g \_n)<Csg

При 0<U<U*пор толщина ОПЗ возрастает с ростом напряжения ,что приводит к снижению ёмкости Сsn и, соответсвенно, Cs.

При U=Uпор ёмкость Сsn достигает минимального значения Сsn ,пор,соответствующего толщине ОПЗ I=lпор>>LDn.С учётом l пор*(Uпор*)=(2_o_n2п\eNn)^1\2 получим

Сsn пор=(ENn_n_o\4п) ^1\2

При U>Uпор* изменение напряжения dU приводит только к изменению заряда dQsn в ОПЗ остаётся постоянным.Поэтому ёмкость полупроводника Сsn определяется малой толщиной слоя сильной инверсии (Сsn<<Csg)и полная ёмкость структуры приближается к ёмкости диэлектрика.

Нарастание ёмкости при U>U*пор вохможно только в том случае,когда концентрация электронов в инверсионном слое успевает следовать за изменениями приложенного к структуре малого переменного напряжения dU,с помощью которого осуществляется измерение ё мкости.Для этого перииод измерительного сигнала должен быть много большим,чем время генерации и рекомбинации основных носителей (время жизни 

Т.о., вольт-фарадная характеристика изображённая на рисунке реализуется при её измерении на частотах f<<1\, в обратном случае мы получим высокочастотную вольт-фарадную характеристику.При U>U*пор под действием измерительного сигнала происходит изменение заряда акцепторов вследствие изменения на велечину dl ширины ОПЗ(как в p-n переходе).При этом заряд инверсного слоя не успевает измениться за период сигнала и ёмкость полупроводника определяется соотношением

Сsn пор=(ENn_n_o\4п) ^1\2