10. Полевые транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом. Режим обогащения, обеднения и инверсии приповерхностного слоя. Стоковые и стокзатворные характеристики.

11. Полевые транзисторы с изолированным затвором и встроенным каналом. Особенности технологии, статические характеристики.

Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)

Рис. 2. Устройство полевого транзистора с изолированным затвором.

Полевой транзистор с изолированным затвором — это полевой транзистор, затвор которого отделён в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.

В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды — исток и сток. Расстояние между сильно легированными областями истока и стока может быть меньше микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO₂, выращенный на поверхности кристалла кремния путём высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесён металлический электрод — затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП-транзисторами.

Существует две основные структуры МДП-транзисторов. Рассмотрим одну из них. Полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом. Структура такого транзистора характерна наличием специального встроенного канала, проводимость которого модулируется смещением на затворе. Его структуры показана на рисунке 2. В случае канала p-типа при подаче на затвор положительного смещения дырки выталкиваются из канала (режим обеднения), а при отрицательном смещении – притягиваются в него (режим обогащения). Соответственно проводимость канала либо уменьшается, либо увеличивается по сравнению с ее значением при нулевом смещении.

Следует заметить, что при положительном смещении, когда оно не велико по абсолютной величине, канал также может пропускать ток. Это связано с тем, что если напряжение не достигло U=U_пор (при котором канал истощается, в нем практически нет дырок), то в канале еще есть дырки, способные обеспечить протекание тока.

Для полевых транзисторов ВАХ представляют собой стоковую характеристику и стоко-затворную характеристику.

С токовая характеристика. I_C = f(U_СИ) при U_ЗИ = const, представлена на рисунке 3.

При U_ЗИ < U_пор тока через транзистор нет, т.к. созданное им поле истощило канал. При уменьшении U_ЗИ протекание тока станет возможным, т.к. концентрация дырок в канале будет достаточной

§2.9 Полевые транзисторы мдп-структуры

Существует две разновидности полевых транзисторов МДП-структуры:

1. С индуцированным каналом – канал в равновесном состоянии отсутствует, и появляются под воздействием внешнего напряжения.

2. Со встроенным каналом – канал формируется на этапе изготовления транзистора и существует в равновесном состоянии.

Конструкция полевого МДП транзистора с индуцированным каналом.

О снова – пластина слаболегированного p-полупроводника. Поверхность окисляется. Методом локальной диффузии формируется n-область с высокой степенью легирования.

Приложим напряжение на исток-сток.

Подадим отрицательное напряжение на затвор. возврастает концентрация электронов под затвором увеличивается концентрация электронов приближается, затем превышает концентрацию дырок инверсия типа проводимости.

, при котором происходит инверсия типа проводимости/при котором появляется канал/ в приповерхностном слое полупроводника называется пороговым напряжением.

Толщина образуемого канала ~1 2 нм.

Конструктивно МДП-транзистор со встроенным каналом отличается от транзистора с индуцированным каналом тем, что канал формируется на этапе изготовления транзистора путём легирования транзистора.

Х арактеристики статических МДП-транзисторов.

МДП-транзистор со встроенным каналом – правая характеристика.

МДП-транзистор с индуцированным каналом – левая характеристика.

D 12 14 c 4 5		n-канальный
		p-канальный

МДП-транзисторы со встроенным каналом

Рис. 3. Выходные статические характеристики (a) и статические характеристики передачи (b) МДП-транзистора со встроенным каналом.

 В данной схеме в качестве нелинейного элемента используется МДП транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом.

В связи с наличием встроенного канала в таком МДП-транзисторе при нулевом напряжении на затворе (см. рис. 2, б) поперечное сечение и проводимость канала будут изменяться при изменении напряжения на затворе как отрицательной, так и положительной полярности. Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: в режиме обогащения и в режиме обеднения канала носителями заряда. Эта особенность МДП-транзисторов со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности (рис. 3).

Статические характеристики передачи (рис. 3, b) выходят из точки на оси абсцисс, соответствующей напряжению отсечки U_ЗИотс, то есть напряжению между затвором и истоком МДП-транзистора со встроенным каналом, работающего в режиме обеднения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения.

Формулы расчёта в зависимости от напряжения U_ЗИ

1. Транзистор закрыт

Пороговое значение напряжения МДП транзистора

2. Параболический участок.

-удельная крутизна транзистора.

3. Дальнейшее увеличение U_3u приводит к переходу на пологий уровень.

 — Уравнение Ховстайна.