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

зисторов . По мере роста отрицательного смещения U3 электроны отталкиваются от поверхности. При этом энергетические зоны сначала спрямляются, а затем искривляются вверх, т. е. поверхностный потенциал делается положительным. Однако до тех пор, пока при-noBf рхностная область сохраняет электронный тип проводимости (точнее, пока сток и исток образуют с этой областью выпрямляющие контакты), проводимость рабочей цепи остается крайне малой й протекание заметного тока по-прежнему невозможно. .. Существует некоторое пороговое напряжение = f/o. по превышении которого энергетические зоны искривляются настолько сильно, что вблизи поверхности образуется инверсионный дырочный слой (см. § 2-4). Именно этот слой играет роль индуцированного канала (рис. 5-24, б). Принято считать [100, 101], что пороговое напряжение соответствует поверхностному потенциалу фт = 2if, где ц1г есть расстояние между уровнем Ферми и уровнем электр,о-статического потенциала в глубине полупроводника (на рис. 5-24 в этой области принято ц>е = 0).

Дальнейший рост напряжения слабо влияет на величину ф, поскольку изменения последней всего на несколько фг уже вызывают изменения концентрации дырок в десятки раз [см. (1-176), где ф£ следует заменить на ф.

Наряду с образованием дырочного канала под затвором образуется также обедненный слой, в котором положительный заряд обусловлен обнаженными ионами доноров (рис. 5-24, б). Образование обедненного слоя вызвано отталкиванием основных носителей подложки - электронов - от поверхности.

Инверсионный слой значительно тоньше обедненного. Толщина последнего составляет сотни ангстрем и более, а толщина индуцированного канала - всего 10-20 ангстрем.

Рассмотрим динамику образования канала и прохождения тока в нем.

Если в начальном состоянии все электроды МДП транзистора находились при нулевом потенциале, а затем на затвор была подана ступенька напряжения (/3 > fVo. то в первый моме.чт поле будет иметь примерно такую конфигурацию, как показано на рис. 5-25, а. Под действием этого поля электроны перемещаются в сторону от поверхности обнажая ионы доноров и образуя обедненный слой, а дырки движутся к поверхности, накапливаются вблизи границы с диэлектриком и образуют канал . Равновесие наступает тогда, когда поле, обусловленное дыр-

В МОП транзисторах с и-каналом наличие равновесного обогащенного электронами слоя равносильно наличию встроенного канала. Для того чтобы получить прибор с индуцированным и-каналом, нужно использовать подложку из весьма низкоомного р-кремния, в котором концентрация дырок превышает концентрацию электронов в приповерхностном обогащенном слое. Однако низкоомный материал ухудшает параметры транзистора (растут емкости, падает пробивное напряжение).

Из рис. 5-25, а следует, что дырки поступают в канал не только из подложки, но также из полуметаллических р+-слоев истока и стока. Именно эти слои и являются главными поставщиками дырок, поскольку напряженность тянущего поля вблизи них максимальна, а концентрация дырок в них практически неограниченна, тогда как в подложке и-типа дырок мало и они генерируются сравнительно медленно (с постоянной времени т).



ками и ионами доноров, компенсирует исходное поле в подложке, а также на границах истока и стока. Можно считать, что описанный переходный процесс соогветствует заряду емкости затвора. В установившемся состоянии основная часть подложки нейтральна, а поле ограничено узким участком под затвором: силовые линии начинаются на дырках и ионах доноров (а также на ионах в диэлектрике)



Рис. 5-25. Распределение поля в ЛЩП транзисторе в отсутствие напряжения на

стоке.

а - в первый момент; 6 - в установившемся состоянии.

И кончаются на электроде затвора (на рис. 5-25, б для простоты все силовые линии показаны начинающимися на границе полупроводник - диэлектрик). Поле в диэлектрике однородное, поскольку потенциал всей поверхности полупроводника одинаков и авен (pj ~4>хт-

Если теперь, после образования канала, подать ступенчатое напряжение отрицательной полярности между стоком и истоком (считая, что последний по-



Рис. 5-26. Распределение поля в МДП транзисторе при подаче напряжения на

сток.

о - в первый момент (показаны линии поля, обусловленные только напряжением Uy, б - в установившемся состоянии.

прежнему соединен с подложкой), то в первый момент появляется дополнительное поле, конфигурация которого показана на рис. 5-26, а. Свободные носители начнут двигаться в этом поле, дырки - в сторону стока, электроны - в противоположном направлении. Перемещение электронов в подложке сопровождается обнажением дополнительных ионов доноров (т. е. расширением объемного заряда вокруг стока) и соответствующим нарастанием противополя , обусловленного этими ионами. Данный процесс (процесс заряда барьерной емкости стока) закончится тогда, когда результирующее поле в подложке снова



сделается равным нулю, а силовые линии стока будут замыкаться уже не на электрод подложки, а на слой дополнительного заряда донорных ионов (на рис. 5-26, а этот слой показан точками, см. также рис. 5-26, б).

Что касается дырок, то их отсос из канала приводит к изменению удельного заряда поверхности (имеется в виду заряд на единицу площади затвора). Согласно теореме Гаусса удельный заряд поверхности однозначно связан с напряженностью поля в диэлектрике: Q, = Zffiji. Следовательно, поле в диэлектрике становится неоднородным: его напряженность убывает от истока к стоку. Такой вывод вполне естествен и основан на том простом факте, что потенциал поверхности под затвором меняется от (рт (на границе истока) до Vc -Ь 4>sm (на границе стока).

Если сложить поля, показанные на рис. 5-26, а и 5-25, б то результирующее поле в установившемся состоянии (по окончании заряда барьерной емкости


viz,® © ®

© © ф @

ф ф © ©

ф © @ @

Рис. 5-27. Распределение поля в диэлектрике МДП транзистора.

а - на границе насыщения; 6 - в режиме насыщения.

стока) будет иметь примерно такую конфигурапиго, как показано на рис. 5-26, б. Как видим, поле в диэлектрике действительно неоднородное, а в самом канале появилась тангенциальная составляющая поля, которая обеспечивает движение дырок (ток), а также их пополнение из р+-слоя истока .

При некотором критическом потенциале стока, который называется напряжением насьацения поле в диэлектрике и удельный заряд в полупроводнике вблизи стока делаются равными нулю (рис. 5-27, а). Это значит, что на границе стока образуется горловина дырочного канала или, иными словами, в этом месте обедненный слой доноров выходит на поверхность . При значениях > обедненный слой на поверхности расши-

Заметим, что силовые линии между истоком и стоком отсутствуют и, следовательно, движение дырок происходит не под действием поля исток - сток, а под действием поля исток - затвор. Иначе говоря, дырочный канал нельзя уподобить проводящей пластинке, расположенной между истоком и стоком. Роль потенциала состоит в том, что он, во-первых, увеличивает напряженность поля в обедненном слое, окружающем сток (это вызывает отсос дырок, расположенных в этом слое близ поверхности, и тем самым инициирует движение дырок), а во-вторых, придает полю между истоком и затвором такую конфигурацию, при которой имеется тангенциальная составляющая, необходимая для движения дырок (в частности, для их вытягивания из истока).



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.