|
| |
|
Главная Журналы в обедненной области канала. Скорость изменения этого заряда зависит от постоянной времени, определяемой величиной барьерной емкости затвор - канал и сопротивлением канала, которое достаточно велико. Эта постоянная времени и ограничивает возможности работы прибора на высоких частотах. Точная эквивалентная схема областей затвора и канала представляет собой распределенную ЯС-цепь [18]. Для упрощения ее часто заменяют приближенной моделью, представленной на рис. 4 [19], где Cgd+Cgs - полная емкость затвор.- канал, а Rgd и Rgs - составляющие сопротивления канала. В режиме насыщения и в отсутствие эффекта укорочения канала Cgd->0, а Rgd-oo. В реальном же случае емкость Cgd остается отличной от нуля, хотя и значительно меньшей, чем в ненасыщениом режиме. Если в цепи стока включено нагрузочное сопротивление, эквивалентная входная емкость может сильно возрасти за счет эффекта Миллера аналогично увеличению проходной емкости лампового триода. 1.2.2. Транзисторы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). МДП-транзистор представляет собой полевой прибор, в. котором металлический затвор изолирован от полупроводника тонким слоем диэлектрика. Пленочные полевые транзисторы (ППТ), упоминавшиеся в разделе 1.1, обычно относят к другому" классу, поскольку в отличие от МДП-при-боров они выполняются на изолирующей подложке. Кроме того, ППТ имеют значительно меньшую толщину активной области полупроводника. МДП-транзисторы могут быть классифицированы по способу создания проводящего канала. В большинстве приборов используется проводящий инверсионный слой вблизи границы диэлектрик - полупроводник. Существуют, однако, приборы, называемые транзисторами с глубоким обеднением [20,21], основанные на эффекте уменьшения проводимости канала, расположенного на некотором удалении от поверхности полупроводника (см. гл. 2). Подвижные носители в инверсионных ППТ-и МДП-транзисторах находятся в приповерхностной области полупроводника, а их концентрация зависит от электрического поля, создаваемого затвором. Это существенно отличает ППТ-и МДП-приборы от рассмотренных выше транзисторов с управляющим р-п-переходом. Принцип работы МОП-транзистора инверсионного типа проиллюстрирован рис. 5. Для простоты полагается, что затвор отделен от полупроводника идеальным изолятором, а влияние поверхностных ловушек не учитывается. Распределение зарядов при нулевых напряжениях на электродах показано на рис. 5, а. Вблизи п-ь-областей, созданных диффузией для образования истока и стока, имеются области пространственного заряда, возникшие за счет внутренней разности потенциалов на п+-р-переходах. Поскольку в р-области электроны практически Исток Затвор ёТ ё+ ё+ 5+ STj ёТ +е +в +е +0 +в +в Сток 0+ е+- в+ 0+ е-1- 0+ 0+ 0-1- 0+ ©!- © + Полупроводник р-типа Подложка -(- ПодвижнЬ/е заряды Q Фиксированный Инверсионный, r-lllh , заряд гппй -L Обедненная слои .область -1-4--)- + + -i4j- +ч - + -г-ь + + 4- +  -Ь + + +++++ + + + 4- + Нг + + + + 0 © © 0 в  в е в G у 0 е в 9 \ 0 ее G, Рис. Б. Принцип действия МДП-транзистора инверсионного типа - отсутствуют, сопротивление исток - сток весьма велико и соответствует сопротивлению двух встречно включенных диодов при нулевом смещении. Если к затвору приложено положительное напряжение (рис. 5,6), вблизи поверхности происходит инверсия типа проводимости, так что в этой области концентрация электронов становится достаточно высокой и сопротивление сток - исток резко уменьшается. При подаче положительного напряжения на сток (рис. 5, в) электроны начинают двигаться от истока к стоку по инверсионному слою. За счет падения напряжения вдоль канала нормальная составляющая поля затвора и соответственно концентрация электронов уменьшаются в направлении от истока к стоку. ТоЛ1цина же обедненной области под инверсионным слоем в этом направлении увеличивается вследствие возрастания разности потенциалов между подложкой и каналом. Когда напряжение на стоке превысит определенную величину (рис. 5,г), происходит перекрытие канала вблизи стока, и ток через прибор выходит на насыщение так же, как и в транзисторе с управляющим р-п-переходом. Эффекты укорочения канала и электростатической обратной связи, приводящие к тому, что дифференциальное сопротивление стока на практике остается конечным, будут рассмотрены в гл. 7. Для приборов, в которых диэлектриком является окисный слой (МОП-транзисторы), существенную роль играет положительный заряд, присутствующий в окисле*. Действие этого заряда эквивалентно наличию положительного напряжения на затворе, так что в случае полупроводника р-типа инверсионный слой существует уже при нулевом управляющем напряжении. Для п-полупроводника присутствие положительного пространственного заряда в окисле вызывает образование слоя с повышенной концентрацией электронов (п+), поэтому для создания инверсионного слоя напряжение на затворе должно превышать некоторую пороговую величину, достаточную для нейтрализации этого заряда. Таким образом, проводимость канала МОП-транзистора на подложке р-типа (п-канал) можно увеличивать или уменьшать в зависимости от полярности напряжения на затворе. В случае же подложки п-типа (р-канал) при Vgs=0 канал отсутствует и для его создания необходимо приложить Vgs<0, т. е. такие приборы могут работать только в режиме обогащения канала неосновными носителями (дырками). МОП-транзисторы с п-каналом принято называть транзисторами с обеднением, несмотря на то, что они могут работать также и в режиме обогащения канала неосновными но- * Различные механизмы образования этого заряда будут рассмотрены в гл. 6. 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 |