
- •2. Транзисторы со структурой металл-диэлектрик полупроводник (мдп, mos — разновидность fet)
- •3.2. Вах идеализированного мдп транзистора
- •Малосигнальные параметры вах.
- •3.3. Cобственные емкости мдп транзистора и поле в канале
- •3.4. Схемы включения мдп транзистора
- •Общий затвор (оз)Общий исток(ои)Общий сток (ос)
- •3.5. Предельная частота идеального мдп транзистора
- •3.6. Пороговое напряжение
- •Основные результаты
- •4. Вах реального мдп транзистора с длинным каналом
- •4.1. Влияние потенциала подложки на пороговое напряжение.
- •4.2. Влияние неоднородности опз под затвором на вах
- •4.3. Подпороговый ток
- •4.4. Зависимость вах от температуры
- •Основные результаты
- •5. Эффекты малых размеров (короткий или узкий канал)
- •5.1. Класификация эффектов малых размеров.
- •5.2. Пороговое напряжение.
- •5.3. Смыкание опз стока и истока.
- •5.4. Ограничение дрейфовой скорости носителей в канале.
- •Реально скорость носителей всегда конечна. В кремнии
- •5.5. Модуляция длины канала
- •5.6. Вах короткоканального транзистора
- •Основные результаты
- •6. Модели мдп транзисторов
- •6.1. Классификация моделей
- •6.2. Эквивалентная схема для большого сигнала (нелинейная)
- •6.3. Эквивалентные схемы для малого сигнала (линейные)
- •7. Структуры мдпт
2. Транзисторы со структурой металл-диэлектрик полупроводник (мдп, mos — разновидность fet)
1. Эффект поля в структуре МДП
Идеальная
граница Д-П:
1)
Плотность
поверхностных состояний
.
2)
Термодинамическая работа выхода из
полупроводника и из металла одинакова:
.
3) Нет зарядов в диэлектрике.
1)
—равновесный
режим. 2)
—режим
обогащения.
Е0 — потенциальная энергия (поверхности п/п основными
свободного электрона в вакууме носителями)
М
Д
П Ec Ev Fi Fp M p l
~ LD ОПЗ E0 FM -
eV
2)
—режим
обеднения. 2)
—режим
инверсии.
—напряжение
инверсии.
При V > Vi l = lT не зависит от V.
Эквивалентная схема:
СV – характеристика:
2.
Структура и принцип действия МДП
транзистора
Типы:
а) п - канал
б) р - канал
а) индуцированный канал
б) встроенный канал
Канал
образуется при
,
где
—пороговое
напряжение.
Выходные ВАХ: Проходные ВАХ:
VDS
S =
VGS
-
VТ (VGD
S =
VТ)
Структура комплементарной парыМДП транзисторов в ИМС
3. Идеализированная модель МДП транзистора
3.1. Допущения (для п-канала)
1).
—
подвижность носителей в канале постоянна
.
2).
—
сопротивления пассивных областей стока
малы.
3).
—
(приближение плавного канала).
4).
—
ОПЗ под каналом однородна и соответствует
условиям
,
— пороговое напряжение при
.
5).
—
ток неосновных носителей мал (униполярный
тр-р).
6).
—
ток в канале чисто дрейфовый.
7).
—
токи утечки через закрытыер-п
переходы малы.
Обозначения:
—напряжение
затвор-исток;
—напряжение
затвор-сток;
—напряжение
сток-исток;
;
—напряжение
сток-исток насыщения
.
Всегда
(иначе сток и исток меняются местами).
Режимы работы:
1).
Отсечка: ;
2).
Крутая
обл. ВАХ: ,
(или
);
3).
Пологая
обл. ВАХ: ,
(или
).
3.2. Вах идеализированного мдп транзистора
;
(3.2.1)
(3.2.2) (
)
В
крутой
обл. ВАХ: (3.2.3)
(Зависимость QSn (y) локальна только при Ey << Ex ).
(3.2.3) (3.2.2) (3.2.1):
.
;
;
. (3.2.4)
Интегрируем
(3.1.4) от 0 до у
(слева) и от
до
(справа):
. (3.2.5)
Это
уравнение дает распределение
потенциала
в
канале.
При
из (5) получим ВАХ
в крутой области.
Для всех
режимов:
(3.2.6а)
Или: (3.2.6б)
В
пологой
области ВАХ ток
такой же как на границе крутой области
и не зависит от
.
Выходные ВАХ: Проходные ВАХ:
Линия раздела крутой и пологой областей:
. (3.2.7)
Малосигнальные параметры вах.
VDS ID gdVGS GdVDS
Крутизна
ВАХ: .
Выходная
проводимость: .
Собственный коэффициент усиления по напряжению:
.
В
пологой области ВАХ: . (3.2.8)
Для увеличения надо: L; d CS (но при этом емкости ).
3.3. Cобственные емкости мдп транзистора и поле в канале
В крутой области ВАХиз (3.2.5):
. (3.3.1)
Подставляя
(3.3.1) в (3.2.3) и интегрируя по всему каналу,
найдем суммарный заряд электронов в
канале
:
(3.3.2)
где — суммарная емкость затвор-канал,
.
В
области отсечки.
В
пологой областизаряд в канале такой же, как при
.
Емкости:
СGS,
GD 2СG
/3 СG СG
/2 0
1 СGS СGD
(3.3.3а)
(3.3.3б)
Продольное поле на границе со стоком:
.
Из (4) При
:
.
Подставляя сюда ID из (6a), получим:
(3.3.4)
При перекрытии канала на границе со стоком протекание конечного тока обеспечивается бесконечной скоростью носителей.