Доклад на тему

““Полевые транзисторыПолевые транзисторы””

Выполнил: студент 3-го курса ФТФ гр. 21305 Малахов Александр Владимирович

МДП-транзисторМДП-транзисторФизической основой работы Физической основой работы МДП транзистора является МДП транзистора является эффект поля, который состоит в эффект поля, который состоит в изменении концентрации изменении концентрации свободных носителей заряда в свободных носителей заряда в приповерхностной области приповерхностной области полупроводника под действием полупроводника под действием внешнего электрического поля. В внешнего электрического поля. В структурах МДП внешнее поле структурах МДП внешнее поле обусловлено приложенным обусловлено приложенным напряжением на металлический напряжением на металлический электрод (затвор) относительно электрод (затвор) относительно полупроводниковой подложки. В полупроводниковой подложки. В зависимости от знака и величины зависимости от знака и величины приложенного напряжения приложенного напряжения различают три состояния различают три состояния приповерхностной области приповерхностной области полупроводника:полупроводника:

ОбогащениеОбогащение основными основными носителями.носителями.

Этому состоянию Этому состоянию соответствует знак соответствует знак напряжения на напряжения на металлическом металлическом электроде (затворе), электроде (затворе), притягивающий притягивающий основные носители основные носители (для n-типа, V(для n-типа, VG G >>  0, 0, ψψs s >>  0).0).

ОбеднениеОбеднение основными основными носителяминосителями

Этому состоянию Этому состоянию соответствует соответствует небольшое по небольшое по величине величине напряжение, напряжение, отталкивающее отталкивающее основные носители основные носители (для n-типа, (для n-типа, VG VG <<  0, 0, ψψs s < 0).< 0).

ИнверсияИнверсия типа проводимости. типа проводимости.

ИнверсияИнверсия типа типа проводимости. Такому проводимости. Такому состоянию соответствует состоянию соответствует большое по величине большое по величине напряжение на затворе, напряжение на затворе, соответствующее соответствующее значительным изгибам значительным изгибам зон и вызывающее зон и вызывающее обогащение поверхности обогащение поверхности неосновными носителями неосновными носителями заряда (для n-типа, заряда (для n-типа, VG VG <<<<  0, 0, ψψs s <<  0).0).

Характеристики МОП ПТ в Характеристики МОП ПТ в области плавного каналаобласти плавного канала

Ток в канале МДП‑транзистора, изготовленного на подложке р‑типа, обусловлен свободными электронами, концентрация которых n(z). Электрическое поле Еу обусловлено напряжением между истоком и стоком VDS. Согласно закону Ома, плотность тока:

dy

dVznqzyxj )(),,( n

где q – заряд электрона, μn – подвижность электронов в канале, V – падение напряжения от истока до точки канала с координатами (x, y, z).

Проинтегрируем по ширине (x) и глубине (z) канала. Тогда интеграл в левой части дает нам полный ток канала IDS,

а для правой части получим:

0

nDS )( dzznqdy

dVWI

Величина под интегралом есть полный заряд электроновВеличина под интегралом есть полный заряд электронов

в канале на единицу площади в канале на единицу площади QQnn. Тогда:. Тогда:

dy

dVQWI nnDS

.

Характеристики МОП ПТ в Характеристики МОП ПТ в области отсечкиобласти отсечки

По мере роста напряжения исток‑сток По мере роста напряжения исток‑сток VVDS в канале может DS в канале может наступить такой момент, когда произойдет смыкание канала, наступить такой момент, когда произойдет смыкание канала, т.е. заряд электронов в канале в некоторой точке станет т.е. заряд электронов в канале в некоторой точке станет равным нулю. Это соответствует условию:равным нулю. Это соответствует условию:

*DSTGS)( VVVyV

ВAX МДП‑транзистора с учетом модуляции длины канала ВAX МДП‑транзистора с учетом модуляции длины канала примет следующий вид:примет следующий вид:

A

GSTDS0s

2TGSoxnDS

)(211

1)(

2

qN

VVV

L

VVCL

WI

Эффект смещения подложки Эффект смещения подложки

При приложении напряжения канал-подложка При приложении напряжения канал-подложка происходит расширение ОПЗ и увеличение происходит расширение ОПЗ и увеличение заряда ионизованных акцепторов:заряда ионизованных акцепторов:

)(2 SSs0A0sB VNqQ

Поскольку напряжение на затворе Поскольку напряжение на затворе VGSVGS постоянно, то постоянно, то постоянен и заряд на затворе МДП-транзистора постоянен и заряд на затворе МДП-транзистора QmQm. . Следовательно, из уравнения электронейтральности Следовательно, из уравнения электронейтральности вытекает, что если заряд акцепторов в слое обеднения вытекает, что если заряд акцепторов в слое обеднения QBQB вырос, заряд электронов в канале вырос, заряд электронов в канале QnQn должен уменьшиться. С должен уменьшиться. С этой точки зрения подложка выступает как второй затвор этой точки зрения подложка выступает как второй затвор МДП-транзистора, поскольку регулирует также МДП-транзистора, поскольку регулирует также сопротивление инверсионного канала между истоком и сопротивление инверсионного канала между истоком и стоком. При возрастании заряда акцепторов в слое стоком. При возрастании заряда акцепторов в слое обеднения возрастает и пороговое напряжение транзистора обеднения возрастает и пороговое напряжение транзистора VTVT. Изменение порогового напряжения будет равно:. Изменение порогового напряжения будет равно:

s0SSs02ox

A0s

ox

BT

2

VC

N

C

QV

Поскольку смещение подложки приводит только к изменению Поскольку смещение подложки приводит только к изменению порогового напряжения порогового напряжения VVТ, то переходные характеристики Т, то переходные характеристики МДП‑транзистора при различных напряжениях подложки МДП‑транзистора при различных напряжениях подложки

VVSSSS смещаются параллельно друг другу. смещаются параллельно друг другу.

Эквивалентная схема и быстродействие МДП‑транзистораЭквивалентная схема и быстродействие МДП‑транзистора МДП‑транзистор можно изобразить МДП‑транзистор можно изобразить в виде эквивалентной схемы: Здесь в виде эквивалентной схемы: Здесь R R вх обусловлено сопротивлением вх обусловлено сопротивлением подзатворного диэлектрика, входная подзатворного диэлектрика, входная емкость емкость ССвхвх  – емкостью – емкостью подзатворного диэлектрика и подзатворного диэлектрика и емкостью перекрытия затвор-исток. емкостью перекрытия затвор-исток. Паразитная емкость Паразитная емкость ССпар пар обусловлена емкостью перекрытий обусловлена емкостью перекрытий затвор-сток. Выходное затвор-сток. Выходное сопротивление сопротивление RRвых равно вых равно сопротивлению канала транзистора сопротивлению канала транзистора и сопротивлению легированных и сопротивлению легированных областей истока и стока. Выходная областей истока и стока. Выходная емкость емкость ССвых определяется вых определяется емкостью емкостью р‑nр‑n перехода стока. перехода стока. Генератор тока передает эффект Генератор тока передает эффект усиления в МДП-транзисторе.усиления в МДП-транзисторе.