|
| |
|
Главная Журналы транзистором. Принцип действия его, в отличие от биполярного транзистора, основан на модуляции тока основных носителей. Модуляция тока осуществлялась изменением толщины проводящего канала путем расширения или сужения обедненной области р - м-перехода. Вредное действие поверхностных ловушек было исключено тем, что проводящий канал располагался достаточно далеко от поверхности полупроводника. Основным преимуществом этого прибора являлось высокое входное сопротивление за счет включения управляющего р - п-перехода в запорном направлении. Однако трудности изготовления униполярного транзистора при существовавшем уровне техники были весьма значительными, и несмотря на то, что вскоре после опубликования работы Шокли были описаны приборы, изготовленнне на кремнии и германии, широкого практического применения они не нашли. Ситуация изменилась с появлением технологии маскирования, диффузии и эпитаксиального наращивания, позволившей изготовлять качественные полевые приборы с хорошей воспроизводимостью параметров. Интерес к полевым транзисторам с изолированным затвором оживился после успешных экспериментов Аталлы и др. [5] по пассивации поверхности кремния наращиванием слоя окисла. В этих опытах была получена достаточно низкая плотность поверхностных состояний, ответственных за захват заряда, наведенного управляющим электродом. В 1960-г. Канг и Аталла [6] предложили использовать структуру металл--окисел-лолу-проводник (МОП), В которой металлический электрод управлял проводимостью между двумя обратно смещенными диодами, расположенными на поверхности полупроводника. Этот прибор, названный МОП-транзистором, в дальнейшем был усовершенствован Хофштейном и Хайманом [7], которые описали транзисторы, работающие в режиме обогащения или обеднения, в зависимости от напряжения на затворе. Большой вклад в развитие теории полевого транзистора был сделан Иантоллой, Моллом и Са [8, 9]. Параллельно с этими разработками велись исследования другой разновидности полевых приборов, использующих тонкие поликристаллические полупроводниковые пленки. Первый пленочный полевой транзистор (ППТ) был разработан Ваймером с сотрудниками [10] в лаборатории фирмы «Рэдио корпорейшн-оф Америка». Впоследствии было исследовано достаточно большое количество структур с применением различных полупроводниковых материалов, однако проблемы захвата заряда и стабильности параметров для них еще полностью не разрешены. Вследствие этого тонкопленочные транзисторы не используются так широко, как приборы с МОП-структурой. 1.2. Физические принципы 1.2.1. Полевой транзистор с управляющим «-переходом (ПТУП). Схематическое изображение ПТ с управляющим р-п-переходом (униполярный транзистор Шокли) приведено на рис. 1 *. Прибор состоит из области с проводимостью п- (или р-) типа, имеющей омические контакты, называемые истоком и стоком, и двух областей р- (или п-) типа, называемых затворами**. На рис. 1, а показан случай нулевого напряжения на всех электродах. За счет наличия обедненных областей вблизи р-п-переходов толщина проводящего канала между истоком и стоком меньше геометрического сечения п-области. Если к затворам приложить обратное смещение Fgs, то размеры областей пространственного заряда (ОПЗ) увеличиваются и толщина проводящего канала еще более уменьшается (рис. 1,6). При приложении к стоку положительного ио отношению к истоку напряжения Vds по каналу течет ток Id основных носителей (электронов), а толщина ОПЗ у стокового конца затвора увеличивается вследствие возрастания обратного напряжения между затвором и каналом (рис. 1, в). Таким образом, возрастание Vds приводит к увеличению сопротивления канала за счет уменьшения «горловины» вблизи стока. При достаточно больших значениях Vds области пространственного заряда смыкаются (рис. 1, г) и дальнейшее увеличение Vds практически не вызывает возрастания тока (режим насыщения). Напряжение между затвором и стоком, соответствующее смыканию ОПЗ, называется напряжением перекрытия Vpo. Следует отметить, что канал может быть полностью перекрыт только .ойи /d=0. При работе прибора в режиме насыщения вблизи стока существует очень узкая проводящая область, в которой плотность тока и электрическое поле велики. На стоковых характеристиках ПТУП (рнс. 2, а) точки пересечения штриховой линии с кривыми Id (Vds/Vpo) соответствуют началу режима насыщения. На практике при насыщении все же наблюдается незначительное возрастание тока с ростом Vds (рис. 2,6) ***, причины которого полностью не ясны. По-видимому, это возрастание * В последнее время были разработаны ПТ с управляющим барьером Шоттки (контакт металл-полупроводник), имеющие лучшие параметры на высоких частотах [11-13]. Поскольку, однако, зависимость толщины обедненной области от напряжения смещения для диода Шоттки не отличается от случая резкого р+-п-перехода, приводимое ниже качественное рассмотрение можно распространить и на этот тип приборов. ** Изображенный прибор представляет собой четырехэлектродный ПТУП. Для уяснения принципа-работы достаточно рассмотреть структуру с одной р-областью. Подробное описание работы четырехэлектродного варианта прибора приведено в гл. 3. *** Резкое возрастание тока при больших значениях Vps обусловлено явлениями пробоя, которые в данной книге подробно не рассматриваются. Сведения о пробое можно найти в [14-16]. Сток  Канал -Затвор   Vds -= Рис. 1. Схематическое изображение п-канального полбвОго транзистора с управляющим р-п-переходом- 0 [ 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 |