Основные разделы


Принцип действия полевого транзистора с индуцированным каналом

Рассмотрим работу МДП-транзистора с индуцированным каналом p-типа.

Физической основой работы полевого транзистора со структурой металл - диэлектрик - полупроводник (МДП) является эффект поля. Эффект поля состоит в том, что под действием внешнего электрического поля изменяется концентрация свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника.

В полевых приборах со структурой МДП внешнее поле обусловлено приложенным напряжением на металлический электрод - затвор. В зависимости от знака и величины приложенного напряжения присутствуют четыре состояния области пространственного заряда (ОПЗ) полупроводника - обогащение, обеднение, слабая и сильная инверсия.

Полевые транзисторы в активном режиме могут работать только в области слабой или сильной инверсии, т.е. в том случае, когда инверсионный канал между истоком и стоком отделен от объема подложки слоем обеднения. На рисунке 1 приведена топология МДП - транзистора, где этот факт наглядно виден.

Рисунок 1 - Полевой транзистор со структурой металл - диэлектрик - полупроводник

В отсутствии напряжения, приложенного к структуре ,p-n-переходы, образованные областями стока, истока и подложкой, смещены в обратном направлении. В подложке на границе раздела между полупроводником и диэлектриком образуется отрицательны заряд подвижных электронов, который уравновешивает положительный заряд Qпов поверхностных состояний. Наличие избыточных электронов у поверхности раздела приводит к искривлению энергетических зон (рисунок 2)

Рисунок 2 - Зонная диаграмма МДП-транзистора в отсутствии внешних электрических полей

Дополнительное искривление зон и накопление отрицательного заряда подвижных электронов у поверхности возникает за счет разности работ выхода для диэлектрика и полупроводника. Чаще всего в качестве диэлектрика используется двуокись кремния SiO2. Работа выхода из SiO2 меньше, чем из кремния, поэтому между диэлектриком и полупроводником возникает контактная разность потенциалов ϕМДП, величина которой составляет приблизительно 0,4 В.

Таким образом, в исходном состоянии суммарный отрицательный заряд электронов у поверхности полупроводника обусловлен зарядом поверхностных состояний и разностью работ выхода из полупроводника и диэлектрика. Из условия электронейтральности следует, что суммарный положительный заряд в диэлектрике равен отрицательному заряду подвижных электронов у поверхности полупроводника. Поэтому электрическое поле сосредоточено на границе раздела полупроводника и диэлектрика.

При подаче отрицательного напряжения на затвор, возникающее электрическое поле уменьшает поле, созданное контактной разностью потенциалов и обусловленное Qпов и приводит к уменьшению заряда подвижных электронов у поверхности. Под действием электрического поля электроны перемещаются вглубь полупроводника. С увеличением отрицательного напряжения на затворе заряд подвижных электронов у поверхности уменьшается и поверхностный слой полупроводника стремится изменить свой тип проводимости с электронного на дырочный. При некотором напряжении на затворе поверхностный слой имеет собственную проводимость. В этом случае уровень Ферми совпадает с серединой запрещенной зоны EF=Ei (рисунок 3).

Дальнейшее увеличение отрицательного напряжения на затворе приводит к тому, что электроны, связанные с атомами донорной примеси в подложке, отталкиваются в глубь полупроводника, оголяя положительно заряженные ионизированные атомы донорной примеси.

Рисунок 3 - Энергетическая диаграммы МДП-транзистора с EF=Ei

Неподвижные ионизированные атомы образуют слой объемного заряда, компенсирующий отрицательный заряд на затворе. Толщина слоя объемного заряда с ростом отрицательного напряжения на затворе изменяется незначительно, т.к. за счет увеличения напряженности электрического поля подвижные дырки перемещаются к поверхности и образуют инверсионный слой дырочной проводимости.

Таким образом на поверхности полупроводника индуцируется канал, проводимость которого будет увеличиваться с ростом отрицательного напряжения на затворе.

Под действием разности потенциалов между стоком и истоком в канале транзистора протекает ток стока Iс. При малых отрицательных напряжениях на стоке UС ток Iс прямо пропорционален приложенному напряжению. Рост UC, с одной стороны, увеличивает ток стока, т.к. увеличивается электрическое поле вдоль канала, с другой стороны, UC компенсирует действие напряжения, приложенного к затвору, что приводит к уменьшению толщины канала около стока и его проводимости. Изменение проводимости канала около стока является причиной отклонения зависимости IC(UC) от линейного закона.

Перейти на страницу: 1 2

Прочитайте еще и эти статьи:

Расчет межстанционной сети связи районированной ГТС с УВС
. Для каждой АТС заданной сети рассчитать поступающую от абонентов телефонные нагрузки, пересчитать нагрузки на выходы каждой АТС. . Распределить общую выходящую нагрузку каждой АТС по следующим направлениям: на АМТС, на УСС, на внутристанционно ...

Цифровая командная радиолиния КИМм-ОФМ-ФМ
Системы, обеспечивающие передачу дискретной информации, часто называют цифровыми, так как передаваемая этими системами информация может рассматриваться как последовательность чисел, выраженных в удобной для практического применения форме. Цифров ...

© Copyright 2020 | www.techattribute.ru