Основные параметры полевых транзисторов и их ориентировочные значения

Основные параметры полевых транзисторов и их ориентировочные значения

1. Крутизна характеристики

2. Крутизна характеристики по подложке

3. Начальный ток стока  — ток стока при нулевом напряжении  у транзисторов с управляющим  с технологически встроенным каналом  с индуцированным каналом .

4. Напряжение отсечки .

5. Пороговое напряжение .

6. Сопротивление сток — исток в открытом состоянии

7. Постоянный ток стока .

8. Остаточный сток стока  — ток стока при напряжении .

9. Максимальная частота усиления -частота, на которой коэффициент усиления по мощности Кур равен единице (f — десятки — сотни МГц).

Обозначения полевых транзисторов аналогичны обозначениям биполярных транзисторов, только вместо буквы Т ставится буква П, например  и т. д.

МДП — структуры специального назначения. Кроме вышерассмотренных полевых транзисторов, которые выпускаются в виде самостоятельных компонентов, применяется ряд МОП-структур со специфичными свойствами. Они являются составной частью отдельных микросхем.

Рис. 2.47. МНОП-структура в режимах записи (а) и стирания информации (б); вольт-амперные стокозатворные характеристики при наличии (4) и отсутствии (5) записанного заряда (в); 1 - алюминий; :

В структурах типа металл — нитрид — оксид — полупроводник (МНОП) диэлектрик под затвором выполнен двухслойным. Он состоит из тонкого слоя оксида  и толстого слоя нитрида  нм) (рис. 2.47, а — в). На границе этих двух слоев, а также в слое нитрида имеются «ловушки» электронов. Поэтому при подаче на затвор МНОП-структуры положительного напряжения (28—30 В) электроны из подложки туннелируют через тонкий слой  и захватываются «ловушками». Появляются неподвижные отрицательно заряженные ионы. Созданный ими заряд повышает пороговое напряжение  (кривая 4, рис. 2.47, в). Причем этот заряд может храниться в течение нескольких лет при отключении всех напряжений питания, так как слой  предотвращает какой-либо перенос заряда в отсутствие электрического поля достаточно большой напряженности. Если на затвор подать большое отрицательное напряжение (28—30 В), то накопленный заряд рассасывается (рис. 2.47, б).

После его отключения пороговое напряжение для транзистора существенно уменьшается (кривая 5, рис. 2.47, в). Разность между  называется межпороговой зоной  (). На основе МНОП-структур выполняются запоминающие элементы, которые в зависимости от записанного в них «заряда» будут иметь малое или большое сопротивление при подаче одинакового напряжения  (порядка 3—5 В). Межпороговая зона несколько уменьшается при многократно повторяемых процессах перезаписи, но при этом остается достаточно широкой.

МОП-структуры с плавающим затвором и лавинной инжекцией имеют затвор, который выполнен из кристаллического кремния и не имеет электрических связей с другими частями структуры (рис. 2.48). При подаче высокого напряжения на сток или исток транзистора возникает лавинный пробой p-n-перехода, образованного этой областью и подложкой. При этом электроны приобретают достаточно большие энергии, позволяющие им проникнуть в изолирующий слой и достигнуть затвора.

Рис. 2.48. МОП-структуры с плавающим затвором в режиме записи (а), в режиме стирания (б): 1 - плавающий затвор из поликристаллического кремния: 2 - диэлектрик 

На затворе появляется отрицательный заряд, который вследствие высоких изолирующих свойств диэлектрика сохраняется на протяжении многих лет (уменьшается приблизительно на 25% за 10 лет). Величину заряда выбирают такой, чтобы он обеспечил появление электропроводного канала, соединяющего сток и исток.

Для того чтобы транзистор стал неэлектропроводящим, необходимо убрать электрический заряд с «плавающего» затвора. Для этого область затвора подвергают воздействию ультрафиолетовым излучением (или ионизирующим излучением другого вида). Мощность его должна быть достаточной для ионизации и возникновения в цепи затвора фототока, в результате которого электроны рекомбинируют с дырками и заряд исчезает. Облучение проводят через специальные окошки из кварцевого стекла, имеющиеся в микросхемах. Источниками излучения служат кварцевые лампы.

Данные МОП-транзисторы используются при создании микросхем памяти для цифровых устройств. В итоге записи информации, осуществляемой рассмотренным способом, одни транзисторы становятся электропроводными, а другие — нет. Записанная информация может быть стерта и вместо нее записана другая, хотя процессы стирания и перезаписи достаточно трудоемки.

В настоящее время разработаны более усовершенствованные лавинно-инжекционные МОП-структуры с плавающим затвором, в которые введен второй управляющий затвор. В них стирание информации может быть выполнено импульсами напряжения амплитудой около 30 В, что ускоряет и упрощает процесс перепрограммирования.