1.2.Структура польового транзистора із затвором Шотткі

Структуру польового транзистора із затвором Шотткі на арсеніді галію зображено на рис. 1. Найістотнішою перевагою цього транзистора порівняно з іншими типами НВЧ-транзисторів є відсутність p­n-переходів. Заміна p­n-переходу затвора випрямним контактом метал-напівпровідпик дає змогу виключити з технологічних операцій створення транзистора дифузією і виготовляти прилади з каналом завдовжки 0,25-1,0 мкм.

Рис.1. Структура польового транзистора із затвором Шотткі на арсеніді галію:

1-витік; 2-затвор; 3-стік; 4- епітаксійна слабколегована плівка n-типу; 5-напівізолювальна підкладка; 6-канал; 7-область збіднення

У структурі польового транзистора із затвором Шотткі (рис. 1) на напівізолювальній підкладці нанесено епітаксійну плівку, товщина якої під затвором становить близько 0,1-0,3 мкм, а концентрація домішки . Як легувальну домішку використовують кремній, селен, сірку тощо. На епітаксійній плівці виготовлено омічні контакти витоку і стоку. Для покращання характеристик омічних контактів під електродами витоку і стоку розташовані n⁺-ділянки. Витоком називають електрод, від якого основні носії заряду надходять в канал; стоком - електрод, в який входять основні носії заряду із каналу. Металевий електрод затвора (сплав титан-вольфрам) утворює з напівпровідником n-типу провідності випрямляючий контакт - бар'єр Шотткі, типова рівноважна висота якого становить 0,8 еВ. Провідний канал між витоком і стоком розташовується в епітаксійній плівці і обмежений зверху збідненою ділянкою бар'єра Шотткі, а знизу - напівізолювальною підкладкою.

Затвор розташований між контактами витоку і стоку, на які подаються напруги. Під контактом затвора утворюється зона, в якій рухливі носії практично відсутні – область збіднення. Товщина області збіднення може бути змінена під дією керуючої напруги між витоком і затвором. Модуляція товщини області збіднення приводить до зміни провідності каналу. Оскільки зміна провідності каналу між витоком і стоком досягається за рахунок прикладення до затвора керуючого сигналу дуже малої потужності, ПТШ може бути використаний в якості підсилювального або ключового елемента.

Струм у каналі польового транзистора обумовлений дрейфом основних носіїв. Тому швидкодія приладу визначається тільки швидкістю зміни заряду під затвором приладу. При малих струмах у каналі різниця потенціалів між витоком та стоком мала, тому глибина збідненого шару під затвором буде приблизно однаковою. У цьому випадку струм стоку І_с пропорційний напрузі стоку U_c. Область вольтамперних характеристик, у якій спостерігається пропорційність між І_с та U_c називається крутою областю. При зростанні товщина збідненого шару і напруженість електричного поля у провідній частині каналу стають істотно неоднорідними.

1.3.Принцип дії польових транзисторів із затвором Шотткі

Принцип дії польових транзисторів із затвором Шотткі такий. Між затвором і витоком подається керуюча напруга (U_з), на стік - додатна (U_с). За зміни керуючої напруги змінюється товщина збідненого шару d_н(U_з) товщина провідного каналу d_к(U_з)= d₀-d_н(U_з) його провідність і струм стоку. Оскільки зміну провідності каналу між витоком і стоком можна регулювати під час прикладення до затвора керуючої напруги малої потужності, то польовий транзистор з затвором Шоткі може бути використаний як підсилювач і як ключ.

Якщо напруга на затворі підвищується за відсутності напруги на стоці, то межа збідненого шару може досягати напівізолювальної підкладки. При цьому товщина каналу і струм стоку дорівнюють нулю.

За малої товщини епітаксійного шару n-типу провідності напруга відсікання може бути додатною. В інтегральних схемах на основі арсеніду галію використовують польові транзистори з бар’єром Шотткі, для яких U_відс=-2,5-+0,2В. Якщо U_відс<0, то при U_з=0 канал є провідним і транзистор називають нормально відкритим — аналогічно до МДН-транзистора з вбудованим каналом. При U_відс >0 і U_з=0 канал перекритий збідненим шаром і транзистор називають нормально закритим — аналогічно до МДН-транзистора з індукованим каналом. За підвищення напруги на стоці і при U_з=0 товщина збідненого шару в ділянці стоку зростає і при U_с.нас досягає напівізолювальної підкладки. Збільшення товщини збідненого шару при U_з=0 пояснюється тим, що за збільшення струму стоку із зростанням напруги на стоці спад напруги в каналі (I_CR) зростає в міру віддалення від витоку, в результаті чого підвищується зворотне зміщення на затворі рівномірно від точки y=0 до точки y =L. Тому товщина збідненого шару d_н(y) в точці y =L є найбільшою і дорівнює d₀.

Якщо на затвор подати напругу, то товщина збідненого шару також збільшиться. Тому у цьому випадку перекриття каналу в ділянці стоку (y =L) настає раніше і значення зменшиться.