Библиографический список

1. Раджера, П. Навати. Введение в полупроводниковую электронику/Навати П.Раджера – М. Связь, 1965, – 456 с.

2. Справочник. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике / под ред. проф. И. П. Норенкова. – М. Радио и связь, 1986. – 366 с.

Лабораторная работа №7 физические процессы в полевых транзисторах Конструктивные особенности полевых транзисторов с изолированным затвором

Полевым транзистором с изолированным затвором является МДП-транзистор со структурой металл-диэлектрик-полупроводник или МОП-транзистор со структурой металл-окисел-полупроводник.

Транзисторы с изолированным затвором чаще всего изготавли-ваются из кремния. В качестве изолирующего слоя используется слой окиси кремния, создаваемый специальной обработкой поверх-ности кремния. Такие приборы получили название транзисторы с индуцированным каналом.

По характеру проводимости канала МДП-транзисторы разде-ляются на транзисторы с каналом n-типа и транзисторы с каналом p-типа (рис. 1).

Рис. 1. МДП транзисторы с индуцированным каналом: а) n-типа, б) p-типа

МДП-транзисторы с каналом n-типа представляют собой тонкую слаболегированную пластину кремния p-типа, в которой методом диффузии созданы две сильно легированные области n-ти-па. Удельное сопротивление исходного материала составляет от 10 Ом·м. Расстояние между этими областями не превышает 2,5 мкм и образует токопроводящий канал.

Над токопроводящим каналом выращивается слой диэлектрика – слой двуокиси кремния SiO₂. Толщина этого слоя составляет око-ло 2000 ангстрем (Å) (1 Å= 10^-10 м – внесистемная единица измере-ния длины).

Вследствие симметричной конструкции полевого транзистора со структурой металл-диэлектрик-полупроводник физическое раз- личие между областями стока и истока отсутствует.

Для МДП-транзисторов с каналом n-типа истоком принято счи-тать диффузионную область n⁺-типа (знак плюс указывает на об-ласть с более высокой электропроводностью), к которой приклады-вается более высокое отрицательное напряжение.

Для МДП-транзисторов с каналом p-типа истоком принято счи-тать область p⁺-типа, к которой прикладывается более высокое поло-жительное напряжение. МДП-транзистор является четырехполюс-ным прибором, так как кроме стока, истока и затвора имеется еще один электрод – подложка. Потенциал подложки влияет на работу

прибора. В некоторых транзисторах контакт истока замкнут на подложку и электроды стока и истока не могут быть функцио-нально заменяемы.

Физические процессы в транзисторе

В МДП-транзисторе с изолированным затвором при смеще-нии на затворе, превышающем пороговое, проводимость канала создается за счет электростатического влияния напряжения зат-вора на материал подложки. При подаче напряжения на затвор в слое окисла возникает сильное электрическое поле.

Рис. 2. Распределение носителей заряда в поверхностном слое полупроводника p-типа при приложении к затвору положительного напряжения

На границе раздела диэлектрик-полупроводник происходит раз-рыв вектора напряженности электрического поля и образуется по-верхностный заряд:

, (1)

где Q^S - поверхностный заряд;

и – диэлектрические проницаемости слоя окисла и полупроводника; – нормальная составляющая электрического поля в диэлектрическом слое; – нормальная составляющая электрического поля в полупроводнике. Поскольку удельное со-противление диэлектрика во много раз больше удельного сопро-тивления полупроводника, то падение напряжения между затвором и подложкой в основном происходит в диэлектрике, и результирую-щее электрическое поле действует только в окисле. Поэтому . Поверхностный заряд определяет появление инверсионного слоя под окислом – поверхностного канала, проводимость в котором осуществляется неосновными носителями заряда. Поэтому для транзистора с индуцированным каналом приложенное к затвору на-пряжение обеспечивает инверсию проводимости поверхности под-ложки, обогащение канала носителями заряда, являющимися неос-новными для материала подложки.

При положительном потенциале на затворе поле в диэлектри-ке подтягивает к поверхности электроны. На границе появляется отрицательный заряд, обогащающий поверхностный слой. Толщи-на инверсионного слоя и концентрация носителей заряда в инвер-сионном слое является функцией многих переменных.

В состоянии равновесия при нулевом напряжении на затворе уровни Ферми являются одинаковыми в металле, диэлектрике и полу-проводнике и индуцированный канал будет отсутствовать.