7.3. Полевой транзистор с управляющим переходом типа металл - полупроводник

Ниже будет рассмотрен ПТ на арсениде галлия (GaAs), кото­рый с момента своего появления в 1970 г. занял важное место в полупроводниковой СВЧ-электронике. Основными преимущест­вами приборов на GaAs являются более высокая скорость элект­ронов, обеспечивающая большее быстродействие, и хорошие изолирующие свойства, позволяющие уменьшить паразитные ем­кости и упростить процесс изготовления. Полевые транзисторы на основе GaAs могут иметь затворы типа р-n-перехода и затворы на основе барьера Шотки – контакта металл-полупроводник. Во многих случаях эти приборы изготовляют непосредственно ион­ным внедрением примеси в полуизолирующую подложку из GaAs. Изолирующие свойства связаны с большой шириной запрещен­ной зоны (1,42 эВ) по сравнению с кремнием.

Схематичное изображение ПТ с барьером Шотки (ПТШ) на осно­ве GaAs показано на рис. 7.6.

Принцип его работы аналогичен ПТ с управляющим р-n-переходом. Обедненная носителями область барьера Шотки опреде­ляет поперечное сечение прово­дящего канала под затвором. На рис. 7.6 изображен n-канал, созданный на подложке из GaAs n-типа. Возможно применение подложки p-типа, но тогда необходимо учитывать появление перехода (обедненного слоя) между n-каналом и р-подложкой.

Теория ПТШ такая же, как у ПТ с р-n-переходом. Остаются применимыми основные соотношения и формулы. Однако для некоторых расчетов существуют более точные математические модели.

7.4. Идеализированная структура металл-диэлектрик - полупроводник

7.4.1. Общие сведения о мдп-структуре

Для определенности изложения на рис. 7.7 изображена структура МДП-транзистора с каналомn-типа. Транзистор создается на слаболе­гированной кремниевой подложке р-типа с концентрацией акцепторов порядка 10¹⁵ см^-3. У поверхности подложки 1 методами диффузии донорных примесей или ионного легирования созданы сильнолегирован­ные истоковая 2 и стоковая 8 области n-типа толщиной около 1 мкм с концентрацией доноров в них более 10¹⁹ см^-3. Расстояние между об­ластями истока и стока, называемое длиной канала L, может состав­лять от десятых долей до не­скольких микрометров. Структура обратима, т.е. любая из областей 2, 8 может использоваться в каче­стве истока или стока. На поверх­ности полупроводника создан тонкий слой диэлектрика 4 толщи­ной 0,05...0,1 мкм, в качестве кото­рого обычно используют двуокись кремния SiO₂. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод 5, называемый затвором. Металлические слои 3 и 7 образуют выводы истока и стока. В приповерхностный слой 6 толщиной около 0,1 мкм методом ионного легирования вводят примеси, тип и концентрация ко­торых определяет тип канала. Если слой 6 легирован донорами, про­водящий канал существует при нулевом напряжении на затвор 5, приборы называются транзисторами со встроенным каналом. Если слой 6 легирован акцепторами, как и подложка, то при нулевом напря­жении затвор-исток канал между истоком и стоком отсутствует. Но ка­нал n-типа может появиться (индуцироваться) при подаче на затвор относительно истока некоторого положительного напряжения, превыша­ющего так называемое пороговое напряжение. Такие транзисторы на­зывают транзисторами с индуцированным каналом.

В следующем параграфе будут рассмотрены физические про­цессы в структуре металл-диэлектрик-полупроводник, входящий в состав МДП-транзисторов.