Главная страница  Транзисторные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 [ 97 ] 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

r---

Строго говоря, канал транзистора и переход затвора нужно было бы представить в виде линий RC с распределенными параметрами, но это, как всегда, затрудняет последующее использование схемы для расчетов. Поэтому на рис. 5-22 и канал, и затвор представлены сосредоточенными параметрами. Канал представлен дифференциальным сопротивлением и межэлектродной емкостью Q, которая определяется геометрией и материалом прибора. Затвор представлен сопротивлением и емкостью С. Сопротивлением часто пренебрегают в связи с его большой величиной; поэтому на рис. 5-22 оно показано пунктиром. Емкость затвора заряжается через усредненное сопротивление R, которое обусловливает конечную постоянную времени Тд. Усилительные свойства транзистора отражены генератором тока SUg.

Сопротивления истока и стока (7? и Rt) показаны условно, так как их влияние (см. выше с. 291) автоматически учитывается при измерении параметров S, Тз и со стороны внешних зажимов.

Типичными значениями параметров кремниевых унитронов (в режиме t/си = 10 В, = 0) являются: S = = 0,3--3 мА/В, Гз = 1010 Ом, = = 0,1 1 МОм, = 75 200 Ом,

Сз = 3 н- 10 пФ, Сз = 0,5 пФ, Ссз = 0,5 пФ, С, = 0,3 -ь 1 пФ. Фактор шума минимален при сопротивлении источника сигнала /?г = 5 -f- 10 МОм и может составлять < 1 дБ на частоте 100 Гц и менее.

Инерционность транзистора отражается не только наличием емкостей, но и тем, что крутизна S является комплексной или операторной величиной, которую приближенно можно выразить следующим образом:

эЧл I

R. I

Рис. 5-22. Эквивале.чтная схема униполярною полевого транзистора для переменных составляющих токов и напряжений.

(5-45)

где Ts

Типичными значениями и граничной частоты /5 являются соответственно 0,5-2 не и 100-300 МГц.

5-5. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ

Структура и классификация. Спецификой унитронов является максимальная проводимость канала при нулевом смещении на затворе. С ростом смещения (по модулю) проводимость канала



уменьшается вплоть до полной отсечки. Смещение может иметь только одну полярность, соответствующую отсутствию инжекции через переход.

У полевых транзисторов с изолированным затвором последний представляет собой металлический слой, изолированный от полупроводника тонкой диэлектрической пленкой. Наличие диэлектрика снимает ограничение на полярность смещения: она может бьпь как положительной, так и отрицательной, причем в обоих случаях ток затвора отсутствует. Структура таких транзисторов (металл - диэлектрик - полупроводник), как уже отмечалось, лежит в основе их названия: МДП транзисторы. В том весьма распространенном случае, когда диэлектриком является окисел (двуокись кремния),

их называют МОП тран-


р+ р-канал п -Si (поЗлои<ка)


р+

р+ р+ п-Ы (подложка)

Рис. 5-23. Структуры МДП транзисторов с собственным (а) и индуцированным (б) каналами.

зисторами (по-английски MOS).

Две основные структуры МДП транзисторов показаны на рис. 5-23. Первая из них (рис. 5-23, а) характерна наличием специально осуществленного {собственного или встроенного) канала, проводимость которого модулируется смещением на затворе. В случае канала р-типа положительный потенциал 1/ отталкивает дырки из канала (режим обеднения), а отрицательный - притягивает их (режим обогащения). Соответственно проводимость канала либо уменьшается, либо увеличивается по сравнению с ее значением при нулевом смещении.

Вторая структура (рис. 5-23, б) характерна отсутствием структурно выраженного канала. Поэтому при нулевом смещении на затворе проводимость между истоком и стоком практически отсутствует: исток и сток образуют с подложкой встречно-включенные р-п переходы. Тем более не может быть существенной проводимости между истоком и стоком при положительной полярности смещения, когда к поверхности полупроводника притягиваются дополнительные электроны. Однако при достаточно большом отрицательном смещении, когда приповерхностный слой сильно обогащается притянутыми дырками, между истоком и стоком образуется индуцированный (наведенный полем) канал, по которому может протекать ток. Значит, транзисторы с индуцированным каналом работают только в режиме обогащения. В настоящее время этот тип транзисторов имеет наибольшее распространение.

Физические процессы. У каждой разновидности МДП транзисторов имеются свои, иногда существенные особенности, в зависимости от типа канала (встроенный или индуцированный), типа проводимости канала (р или п), а также от типа диэлектрика, полу-




проводника и металла. Мы подробно проанализируем работу кремниевого МОП транзистора с индуцированным р-каналом, а относительно других разновидностей ограничимся краткими замечаниями.

МОП транзисторы с р-каналом характерны отрицательными полярностями рабочих напряжений, поэтому ниже напряжения и потенциалы записываются в виде модулей, чтобы избежать неоднократного употребления знака минус.

Прежде всего отметим, что в равновесном состоянии, т. е. в отсутствие приложенных напряжений, приповерхностный слой окисленного кремния (как п-, так и р-типа) всегда обогащен электронами. Соответственно зоны в этом слое искривлены вниз, а на границе с окислом поверхность имеет отрицательный потенциал ф,о (рис. 5-24, а). Причины обогащения приповерхностного слоя электронами следующие: контактная разность потенциалов между металлом затвора и кремнием; поверхностные уровни до-норного типа; положительные ионы в диэлектрике . Первые две причины знакомы по § 2-4. Что касается положительных ионов, то они, как показывает опыт, появляются в процессе окисления кремния и последующей фотолитографической обработки окисла (с. 267). Наиболее распространены ионы натрия и водорода, причем, как правило, они сосредоточены вблизи границы окисла с кремнием. Разумеется, наличие обогащенного электронами слоя затрудняет образование дырочного канала в рассматриваемом типе тран-


Инверсионный р-слой, (канал)

Рис. 5-24. Распределение носителей и зонные диаграммы в МОП транзисторе с индуцированным р-каналом.

а - равновесное состояние; б - при

отрицательном смещении на затворе.

Вообще говоря, контактная разность потенциалов может иметь и положительную полярность; тогда этот фактор противодействует двум другим, т. е. способствует уменьшению отрицательного приповерхностного заряда или даже изменению его знака. Однако для наиболее распрсхтраненной комбинации алюминии - кремний контактная разность потенциалов отрицательна (независимо от типа проводимости кремния, см. табл. 2-1) и, следовательно способствует обогащению приповерхностного слоя электронами.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 [ 97 ] 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.