МДП-транзисторы со встроенным каналом

Проводящий канал под затвором может быть создан в результате локальной диффузии или ионной имплантации соответствующих примесей в приповерхностный слой подложки. Он может возникнуть из-за перераспределения примесей вблизи поверхности полупроводниковой подложки в процессе термического окисления ее поверхности. Проводящий канал может появиться под затвором из-за фиксированного заряда в подзатворном слое диоксида кремния, на поверхностных энергетических уровнях, а также из-за контактной разности потенциалов между металлом затвора и полупроводником подложки.

Модуляция сопротивления проводящего канала МДП-транзистора может происходить при изменении напряжения на затворе как положительной, так и отрицательной полярности. Таким образом, МДП-транзистор может работать в двух режимах: в режиме обогащения и в режиме обеднения канала носителями заряда. Эта особенность МДП-транзистора со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности (рисунок 1.6 а).

Статические характеристики передачи (рисунок 1.6 б) выходят из точки на оси абсцисс, соответствующей напряжению отсечки, т.е. напряжению между затвором и истоком МДП-транзистора со встроенным каналом, работающего в режиме обеднения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения.

Распределение заряда

Рассмотрим баланс удельных зарядов в МДП-транзисторе. В равновесном состоянии (U _з = 0) вблизи поверхности имеется обогащенный слой. Отрицательный заряд обогащенного слоя балансируется положительными зарядами на затворе и на границе Si‑SiO₂ (рисунок 1.7 а). Первый обусловлен контактной разностью потенциалов, а второй – ионами в диэлектрике и поверхностными состояниями донорного типа. Если подать на затвор отрицательное напряжение U _з = j _MS, то заряд на затворе сделается равным нулю, а в обогащенном слое исчезнет составляющая, связанная с контактной разностью потенциалов (рисунок 1.7 б).

Если увеличить напряжение на затворе U _з до значения U _{0 F} (U _{0 F} – напряжение спрямления зон), то обогащенный слой полностью ликвидируется, а заряд на затворе становится отрицательным, равным сумме зарядов ионов и поверхностных состояний (рисунок 1.7 в). Дальнейшее увеличение U _з сопровождается увеличением положительного заряда доноров и соответствующим увеличением отрицательного заряда на затворе; при этом поверхностный потенциал j _S становится положительным и возрастает до значения j _ms ≈ 2j _F, когда образуется канал.

В момент образования канала напряжение на затворе равно пороговому напряжению U _{0 В} (U _{0 В} – напряжение изгиба зон) (рисунок 1.7 г). Из рассмотренного баланса следует, что удельный заряд дырок в канале определяется по выражению

(1.4)

где Q _п.с. – суммарный заряд поверхностных состояний и ионов.

Параметры МДП-транзисторов

Основным параметром полевого транзистора с изолированным затвором, отражающим его усилительные свойства, является крутизна характеристики. Крутизна характеристики передачи при низкой частоте, соответствующая крутой части выходных статических характеристик, может быть определена по формуле

(1.5)

Для пологой части:

(1.6)

Для увеличения крутизны характеристики исходный полупроводник должен обладать большей подвижностью носителей заряда. Крутизна характеристики будет больше в полевых транзисторах с меньшей длиной канала. Нижний предел длины канала ограничен технологией изготовления. Также ее можно увеличить путем увеличения удельной емкости между затвором и каналом. Эта емкость определяется относительной диэлектрической проницаемостью и толщиной слоя диэлектрика под затвором.

В усилительной техники МДП-транзисторы всегда используются в режиме насыщения, поскольку ему свойственны наименьшие нелинейные искажения и оптимальные значения дифференциальных параметров: крутизны S, внутреннего сопротивления R_i и собственного коэффициента усиления_. µ.

(1.7)

Эти параметры связаны между собой «ламповым» соотношением: μ = SR_i.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СТЕНДА