
- •Часть 6. Полевые транзисторы с барьерным переходом
- •1. Принцип действия и разновидности
- •2. Полевой транзистор с управляющим р-п переходом (птуп)
- •2.1. Модель идеализированного транзистора
- •2.2. Эквивалентная схема и особенности вах
- •3. Полевой транзистор с затвором Шоттки на основе GaAs
- •3.1. Особенности GaAs как материала микроэлектроники
- •3.2. Устройство птш, пороговое напряжение
- •3.3. Особенности птш на основе GaAs
Часть 6. Полевые транзисторы с барьерным переходом
1. Принцип действия и разновидности
Принцип действия полевых транзисторов с барьерным переходом (ПТБП) основан на том, что толщина резистивного активного слоя полупроводника (канала) между двумя омическими контактами (стока и истока) модулируется областью пространственного заряда (ОПЗ). Толщина ОПЗ управляется потенциалом барьерного электрода (затвора).
По типу барьерного перехода ПТБП делятся на:
полевые транзисторы с управляющим р-п переходом (ПТУП);
полевые транзисторы с барьером Шоттки (ПТШ).
Устройство
полевого транзисторас
управляющим р-п
переходом:
В ПТШвместоp+-затвора используетсяметаллический затвор, образующий с материалом каналабарьерный контакт Шоттки.
Различие между МДПТ и ПТБП:
В МДПтранзисторахмодуляция проводимости каналаосуществляется за счет измененияповерхностной плотности носителей канала.
В ПТБП модуляция проводимости каналаосуществляется за счет изменениятолщины канала. Концентрация носителей в канале постоянна и равна концентрации примеси.
Преимуществоперед МДП транзисторами:каналнаходитсяв толще полупроводника− нет влияния поверхности на характеристики канала.
Недостаток:
при положительном напряжениибарьерный переход затвор-исток
открывается, и в цепи затвора протекает
ток
(в МДПТ − изолированный затвор).
В ПТ с управляющим р-п
переходомдопустимые напряжениявыше, чем у ПТШ (больше контактная
разность потенциалов). Но при
в канал инжектируются неосновные
носители из затвора − диффузионная
емкость.
2. Полевой транзистор с управляющим р-п переходом (птуп)
2.1. Модель идеализированного транзистора
Допущения:
1).
. 2).
В канале
.
3). Канал
электронейтрален (. 4).
В ОПЗ
.
5). В канале
(приближение 6).
(анализируется
плавного канала). “внутренний транзистор).
7). В канале
. 8).
Вывод ВАХ:
. (2.1.1)
, (2.1.2)
где
—сопротивление канала при
отсутствии ОПЗ.
(2.1.2) (2.1.1):;
.
Отсюда: , (2.1.3)
− часть
толщины канала, перекрытая ОПЗ,
—контактная разность
потенциалов р-п
перехода затвор-канал,
(2.1.4)
— напряжение перекрытия канала(толщина ОПЗ =а).
При
:
,
и из (2.1.3):
.
(2.1.5)
Из (2.1.3) следует, что канал исчезает
при
,
где
(2.1.6)
— пороговое напряжение.
Из
(2.1.3): . (2.1.7) Подстановка
(2.1.7) и (2.1.2) в (2.1.1) дает:
. (2.1.8)
Интегрируем уравнение (2.1.8) по всей длине канала:
;
. (2.1.9) Из
(2.1.3):
;
(2.1.10а)
.
(2.1.10б)
Уравнения (2.1.9) и (2.1.10а,б) — выходные ВАХ. Они справедливы при
Крутая
область ВАХ
,т.е.
.
В области отсечки:
.
В пологой области:
,
и
. (2.1.11)
Уравнения ВАХ сложнее, чем для МДПТ, т.к. вместо линейной емкости диэлектрика(в МДПТ) здесьнелинейная емкость р-п перехода(ОПЗ).
Из (2.1.6) и (2.1.4) следует
А) При
,
пороговое напряжение
(транзистор со встроенным каналом, илинормально открытый),
т.е. при
есть канал.
Б) Если
(транзистор с индуцированным каналом,
илинормально закрытый).
При С = 0,8 ВиNC = 1017 см-3пороговое напряжениеVt > 0приa < 0,1 мкм. Ток затвораIG 0приVgs < Vgs m С – 0,2 B = 0,6 В.