Зміст
ВСТУП. 2
1 ВІДОМОСТІ ТА ПОНЯТТЯ ПРО МДП-транзисторах .. 4
1.1 Властивості МДН-структури (метал-діелектрик--напівпровідник). 4
1.2 Типи і пристрій польових транзисторів. 7
1.3 Принцип роботи МДП-транзистора. 9
1.4 Вибір знаків напружень в МДП-транзисторі. 11
1.5 Характеристики МДП-транзистора в області плавного каналу. 14
1.6 Характеристики МДП-транзистора в області відсічення. 19
1.7 Вплив типу каналу на вольт-амперні характеристики МДН-транзисторів 24
1.8 Еквівалентна схема і швидкодія МДН-транзистора. 26
2 РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ І ХАРАКТЕРИСТИК МДП-ТРАНЗИСТОРА на основі арсеніду галію .. 29
2.1 Основні відомості про арсеніді галію. 29
2.2 Основні параметри МДП-транзистора. 31
2.3 Розрахунок параметрів МДН-транзистора. 31
ВИСНОВКИ .. 36
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ ............................................................... 36
ВСТУП
Серед численних різновидів польових транзисторів, можливо, виділити два основні класи: польові транзистори із затвором у вигляді pn переходу і польові транзистори із затвором, ізольованим від робочого напівпровідникового обсягу діелектриком. Прилади цього класу часто так само називають МДП-транзисторами (Від словосполучення метал-діелектрик-напівпровідник) та МОН транзисторами (від словосполучення метал-окисел - напівпровідник), оскільки в якості діелектрика найчастіше використовується оксид кремнію.
Основною особливістю польових транзисторів, у порівнянні з біполярними, є їх високий вхідний опір, який може досягати 10 9 - 10 10 Ом. Таким чином, ці прилади можна розглядати як керовані потенціалом, що дозволяє на їх основі створити схеми з надзвичайно низьким споживанням енергії в статичному режимі. Останнє особливо істотно для електронних статичних мікросхем пам'яті з великим кількістю запам'ятовуючих осередків.
Так само як і біполярні польові транзистори можуть працювати в ключовому режимі, однак падіння напруги на них у включеному стані вельми значно, тому ефективність їх роботи в потужних схемах менше, ніж у біполярних приладів.
Польові транзистори можуть мати як p, так і n управління якими здійснюється при різній полярності на затворах. Це властивість комплементарності розширює можливості при конструюванні схем та широко використовується при створенні запам'ятовуючих комірок і цифрових схем на основі МДП транзисторів (CMOS схеми).
Польові транзистори відносяться до приладів униполярного типу, це означає, що принцип їх дії заснований на дрейфі основних носіїв заряду. Остання обставина значно спрощує їх аналіз у порівнянні з біполярними приладами, оскільки, в першому наближенні, можливо, знехтувати дифузійними струмами, неосновними носіями заряду і їх рекомбінацією [9].
1 ВІДОМОСТІ І ПОНЯТТЯ ПРО МДП-транзисторах
1.1 Властивості МДН-структури (метал-діелектрик-напівпровідник)
В основі роботи польових транзисторів з ізольованим затвором лежать властивості МДН-структури (рис. 1.1).
Малюнок 1.1 - Приклад МДН-структури.
По суті ця структура являє плоский конденсатор однією з обкладок якого служить метал (затвор), другий напівпровідник. Особливість такого МДП конденсатора по відношенню до класичного МДМ конденсатору в тому, що в об'ємі напівпровідника заряд може бути пов'язаний з носіями різної фізичної природи і різної полярності: вільними електронами і дірками, зарядженими позитивно іонізованниє донорами, зарядженими негативно іонізованниє акцепторами, а так само зарядженими дефектами. У МДП-структуре на відміну від pn переходу існує гетерограніцамі розділяє два середовища з різною структурою це, наприклад, межа, що розділяє напівпровідник і його оксиді або інший діелектрик або напівпровідник і повітря (вакуум). На вільній кордоні напівпровідника є велика кількість обірваних зв'язків прагнучих захопити заряд з обсягу напівпровідника, а так само зв'язків вступили в реакцію з сооседней середовищем і пасивувати цим середовищем, крім того, на поверхні можуть знаходитися сторонні домішкові атоми і іони. Таким чином, на вільної поверхні і гетеропереході метал-діелектрик уже в початковому стані може знаходитися деякий заряд, який індукує рівний йому за величиною і протилежний за знаком заряд в об'ємі напівпровідника [13].
Якщо зарядити одну з обкладок МДН конденсатора - затвор, то на другій - напівпровідниковій обкладці повинен з'явитися заряд рівний за величиною і протилежний за знаком, який буде пов'язаний з поверхневими станами, ионизованного атомів домішки і вільними носіями заряду.
Малюнок 1.2 - Зміна поверхневої провідності полупроводнка в МДП структурі:
1 - напівпровідник n типу,
2 - власний напівпровідник,
3 - напівпровідник p типу.
Якщо індукований зовнішнім полем заряд на напівпровідниковій обкладанні перевищує зміна заряду на поверхневих станах, то в приповерхневій області напівпровідника відбувається зміна концентрації вільних носіїв заряду, що супроводжується зміною поверхневої провідності (див. рис. 1.2) і відповідно протікає уздовж поверхні струму, у разі якщо мається спрямоване вздовж поверхні поле, як це показано на вставці рис. 1.2 [5].
У тій приповерхневій напівпровідниковій області, де існує електричне поле, мається збіднена носіями область просторового заряду, аналогічна за властивостями області ОПЗ pn переходу, працююча як діелектрик. При зміні потенціалу на металевій (затворі) обкладанні МДП конденсатора буде змінюватися заряд ОПЗ і відповідно ширина збідненої області. При цьому буде змінюватися ємність МДН-структури. Залежно ємності МДН-структур від напруги показані на рис. 1.3.
Рисунок 1.3 - Зміна ємності МДН-структур від напруги на затворі:
1 - напівпровідник n типу,
2 - власний напівпровідник,
3 - напівпровідник p типу.
Ємність МДН-структури можна розглядати як складається з двох послідовно включених ємностей: ємності діелектрика - С д і ємності шару просторового заряду в напівпровіднику З пп .
(1.1)
Якщо С д >> З пп , то можна з хорошим наближення вважати, що ємність структури визначається ємність ОПЗ, тобто С = С пп .
Якщо С пп >> З д , то наближено можна вважати, що С = С д , тому максимальне значення ємності на рис. 1.3 обмежена лінією С = С д .
Слід звернути увагу на те, що на всіх кривих рис. 1.2 і рис. 1.3 маються точки мінімуму. Це точки відповідають випадку мінімальної поверхневої провідності, яка має місце, коли на поверхні концентрації електронів і дірок близькі до власної та рівні один одному, тоді збільшення потенціалу затвора щодо значення відповідного точці мінімуму повинне збагачувати поверхню дірками, а зменшення потенціалу щодо потенціалу точки мінімуму повинне збагачувати поверхню дірками. При цьому відповідно з різних сторін від точки мінімуму повинен спостерігатися різний тип провідності в приповерхневій області [4].
1.2 Типи і пристрій польових транзисторів
Польові, або уніполярні, біполярні транзистори в якості основного фізичного принципу використовують ефект поля. На відміну від біполярних транзисторів, у яких обидва типи носіїв, як основні, так і неосновні, є відповідальними за транзисторний ефект, в польових транзисторах для реалізації транзисторного ефекту застосуються тільки один тип носіїв. За цією причини польові транзистори називають уніполярними. Залежно від умов реалізації ефекту поля польові транзистори поділяються на два класи: польові транзистори з ізольованим затвором і польові транзистори із затвором у вигляді pn-пер...
