Полевые транзисторы

  • 17 февр. 2014 г.
  • 1515 Слова
Лекция 25
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
План лекции
25.1. Полевые транзисторы с изолированным затвором.
25.1.1. Структура и принцип действия транзистора.
25.1.2. МДП-транзисторы с индуцированным каналом.
25.1.3. Вольт-амперные характеристики МДП-транзисторов.
25.1.4. Параметры МДП-транзисторов.


25.1. Полевые транзисторы с изолированным затвором
Полевойтранзистор с изолированным затвором – это транзистор, который управляется электрическим полем и у которого затвор изолирован от проводящего канала диэлектриком.
Работа таких транзисторов основана на контакте металл–диэлектрик–полупроводник (МДП-структура). Различают две разновидности транзисторов с изолированным затвором: транзистор с индуцированным каналом (рис. 25.1, а) и транзистор совстроенным каналом (рис. 25.1, б).
Рис. 25.1. Структура МДП-транзистора: а – с индуцированным каналом; б – со встроенным каналом


25.1.1. Структура и принцип действия транзистора
МДП-транзисторы создают на слаболегированных кремниевых подложках p- или n-типа с концентрацией примеси 1015 см–3 (рис. 25.1). В пластине, например р-типа, методом диффузии или ионного легированиясоздают две сильнолегированные области n+-типа, которые с подложкой создают p-n-переходы. Одна из n-областей – исток, а вторая – сток. Расстояние между истоком и стоком составляет единицы мкм. На поверхности полупроводника выращивают слой оксида кремния (SiO2) толщиной 0,05÷0,1 мкм, который используют как диэлектрик. Методом фотолитографии в диэлектрике создают окна для выводов от областей стока иистока. На слой диэлектрика между стоком и истоком наносят алюминиевый электрод, служащий затвором.
В транзисторах с индуцированным и проводящим каналом при подаче соответствующего напряжения на затвор создается проводящий канал между стоком и истоком вследствие перераспределения носителей заряда в приповерхностном слое полупроводника. В транзисторах с встроенным каналом в подложке между стоком иистоком дополнительно создают слаболегированный тонкий слой с проводимостью того же типа, что и области стока и истока. Этот слой и является каналом.
Для объяснения работы МДП-транзистора рассмотрим ту часть транзистора, которая ограничена размерами затвора (рис. 25.2).

Рис.25.2. Структура металл-диэлектрик-полупроводник


Соотношения между энергетическими уровнями металла, диэлектрика иполупроводника относительно энергетического уровня вакуума ЕВ показано на рис. 25.3, а. Энергетическая диаграмма на границах металла, диэлектрика и полупроводника изображена на рис. 25.3, б. Работа выхода из металла Am = qφm меньше, чем из полупроводника Ap = qφp. При контакте между металлом и диэлектриком, а также между полупроводником и диэлектриком создаются высокие потенциальные барьеры, ипоэтому прямой переход электронов из металла в полупроводник или из полупроводника в металл невозможен. Для уравновешивания системы необходимо перераспределение зарядов между металлом и полупроводником. Такое перераспределение возможно через внешнюю цепь, в частности, через поверхностные утечки, а также вследствие кулоновского взаимодействия.

Рис.25.3. Энергетические диаграммы метала (М), диэлектрика(Д),
полупроводника (П) (а) и МДП-структуры в равновесном состоянии (б)

В процессе перераспределения зарядов дырки покидают приконтактный слой полупроводника и на их месте образуется объемный заряд ионизированных атомов акцепторной примеси, а электроны притягиваются к поверхности полупроводника. При этом приконтактный слой полупроводника обедняется дырками и обогащается электронами, аэнергетические уровни полупроводника искривляются вниз. Около поверхности металла на границе с диэлектриком образуется тонкий слой положительных зарядов Qm, ширина которой определяется концентрацией акцепторной примеси. Полный поверхностный заряд в полупроводнике QП обусловлен электронами зоны проводимости Qп и отрицательным зарядом нескомпенсированных акцепторов QA:...
tracking img