МДП-транзисторы со встроенным каналом
Проводящий канал под затвором может быть создан в результате локальной диффузии или ионной имплантации соответствующих примесей в приповерхностный слой подложки. Он может возникнуть из-за перераспределения примесей вблизи поверхности полупроводниковой подложки в процессе термического окисления ее поверхности. Проводящий канал может появиться под затвором из-за фиксированного заряда в подзатворном слое диоксида кремния, на поверхностных энергетических уровнях, а также из-за контактной разности потенциалов между металлом затвора и полупроводником подложки.
Модуляция сопротивления проводящего канала МДП-транзистора может происходить при изменении напряжения на затворе как положительной, так и отрицательной полярности. Таким образом, МДП-транзистор может работать в двух режимах: в режиме обогащения и в режиме обеднения канала носителями заряда. Эта особенность МДП-транзистора со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности (рисунок 1.6а).
Статические характеристики передачи (рисунок 1.6б) выходят из точки на оси абсцисс, соответствующей напряжению отсечки, т.е. напряжению между затвором и истоком МДП-транзистора со встроенным каналом, работающего в режиме обеднения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения.
Распределение заряда
Рассмотрим баланс удельных зарядов в МДП-транзисторе. В равновесном состоянии (Uз = 0) вблизи поверхности имеется обогащенный слой. Отрицательный заряд обогащенного слоя балансируется положительными зарядами на затворе и на границе Si‑SiO2 (рисунок 1.7а). Первый обусловлен контактной разностью потенциалов, а второй – ионами в диэлектрике и поверхностными состояниями донорного типа. Если подать на затвор отрицательное напряжение Uз = jMS, то заряд на затворе сделается равным нулю, а в обогащенном слое исчезнет составляющая, связанная с контактной разностью потенциалов (рисунок 1.7б).
Если увеличить напряжение на затворе Uз до значения U0F (U0F – напряжение спрямления зон), то обогащенный слой полностью ликвидируется, а заряд на затворе становится отрицательным, равным сумме зарядов ионов и поверхностных состояний (рисунок 1.7в). Дальнейшее увеличение Uз сопровождается увеличением положительного заряда доноров и соответствующим увеличением отрицательного заряда на затворе; при этом поверхностный потенциал jS становится положительным и возрастает до значения jms ≈ 2jF, когда образуется канал.
В момент образования канала напряжение на затворе равно пороговому напряжению U0В (U0В – напряжение изгиба зон) (рисунок 1.7г). Из рассмотренного баланса следует, что удельный заряд дырок в канале определяется по выражению
(1.4)
где Qп.с. – суммарный заряд поверхностных состояний и ионов.
Параметры МДП-транзисторов
Основным параметром полевого транзистора с изолированным затвором, отражающим его усилительные свойства, является крутизна характеристики. Крутизна характеристики передачи при низкой частоте, соответствующая крутой части выходных статических характеристик, может быть определена по формуле
(1.5)
Для пологой части:
(1.6)
Для увеличения крутизны характеристики исходный полупроводник должен обладать большей подвижностью носителей заряда. Крутизна характеристики будет больше в полевых транзисторах с меньшей длиной канала. Нижний предел длины канала ограничен технологией изготовления. Также ее можно увеличить путем увеличения удельной емкости между затвором и каналом. Эта емкость определяется относительной диэлектрической проницаемостью и толщиной слоя диэлектрика под затвором.
В усилительной техники МДП-транзисторы всегда используются в режиме насыщения, поскольку ему свойственны наименьшие нелинейные искажения и оптимальные значения дифференциальных параметров: крутизны S, внутреннего сопротивления Ri и собственного коэффициента усиления. µ.
(1.7)
Эти параметры связаны между собой «ламповым» соотношением: μ = SRi.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СТЕНДА