Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
МДП-транзисторы могут быть нак с нормально открытым, так и с нормально закрытым каналами. МДП-транзистор с нормально открытым, встроенным каналом показан на рис. 3 на примере МДП-транзистора с каналом л-тнпа. Транзистор выполнен на подложке /?-тнпа. Сверху подложки методами диффузии, ионной имплантации или эпитаксии формируются проводящий канал п-типа н две глубокие п+-областн для создания омич, контактов в области истока и стока. Область затвора представляет собой конденсатор, в к-ром одной обкладкой служит металлнч. электрод затвора, а другой — канал П. т. Если между затвором и наналом приложить напряжение, то в зависимости от его знака канал будет обогащаться нли обедняться подвижными носителями заряда. Соответственно, сопротивление канала будет уменьшаться нли возрастать. В показанной на рис. 3 МДП-структуре с каналом л-типа напряжение, «плюс» к-рого приложен к затвору, а «минус» — к каналу (истоку илн стоку), вызывает обогащение электронами приповерхностного слоя полупроводника под затвором. Обратная полярность напряжения на затворе вызывает обеднение канала электронами аналогично П. т. с управляющим р — «-переходом.
Для работы МДП-транзнстора принципиально важно, чтобы поверхность раздела диэлектрик — полупроводник под затвором имела низкую плотность электронных поверхностных состояний. В противном случае изменение напряжения иа затворе может приводить не к изменению концентрации носителей в канале, а лишь к перезарядке поверхностных состояний.
МДП-транзистор с индуцнров. каналом показан иа рис. 4. Из сравнения рис. 3 н 4 видно, что этот транзистор отличается от МДП-транзистора со встроенным каналом отсутствием и-слоя под затвором. Если напряжение на затворе отсутствует (U3 = 0), то в МДП-тран-зисторе, показанном на рнс. 4, отсутствует и канал (транзистор с нормально закрытым каналом), а сам транзистор представляет собой два последовательно включённых р—«-перехода. При любой полярности напряжения между истоком и стоком одни из этих р — n-переходов оказывается включённым в обратном направлении и ток в цепи исток — сток практически равен иулю.
Если приложить к затвору напряжение U3 в такой полярности, как показано на рнс. 4, то поле под затвором будет оттеснять дырки и притягивать в под-затворную область электроны. При достаточно большом напряжении U3, называемом напряжением отпирания, под затвором происходит инверсия типа проводимости: вблизи затвора образуется тонкий слон л-тнпа. Между истоком и стоком возникает проводящий канал. При дальнейшем увеличении U3 возрастает концентрация электронов в канале и сопротивление его уменьшается.
Осн. параметры П. т. Для П. т. характерно очень высокое входное сопротивление по пост, току Двх.
Действительно, входной сигнал в П. т. подаётся на затвор, сопротивление к-рого в П. т. с управляющим р — n-переходом и ПТШ определяется сопротивлением обратно смещённого р — n-перехода нлн сопротивлением барьера Шоттки, а в МДП-транзнсторе — сопротивлением слоя диэлектрика. Величина Явх в П. т. обычно превосходит .IO8 Ом, в иек-рых конструкциях достигает IO14 Ом. Входное сопротивление по перем, току практически определяется ёмкостью затвора Свх. В сверхвысокочастотных П. т. величина Cbx < 1 пФ, в мощных низкочастотных П. т. величина Cbx ^ 100 пФ.
Усилит, свойства П. т. характеризуются крутизной вольт-амперной характеристики S, определяемой как отношение изменения тока между истоком и стоком (тока стока) Д/с к изменению напряжения на затворе ДCZ3 при пост, напряжении на стоке:
S— —1
&иа |r/c=const*
При неизменной структуре прибора крутизна растёт прямо пропорционально ширине затвора В (рис. 5). Поэтому при сравнении усилит, свойств разл. типов П. т. используется понятие уд. крутизны S* (отношения крутизны к ширине затвора В). Крутизна П. т.
измеряется в сименсах, уд. крутизна — в сименсах/мм. В серийных П. т. 0,05—0,2 См/мм. В лаб. разработках достигнуты значения S*^s 1,2 См/мм при 300 К и 2 См/мм прн 77 К.
П. т. относятся к малошумящнм приборам. Типичное значение коэф. шума (см. Шумовая температура) серийных П. т. Kyu 1—3 дБ. Предельные ВЧ-свой-
ства П. т. определяются временем пролёта носителей Под затвором Jnp вдоль канала. Макс. рабочая частота П. т. может быть оценена, как /макс~ !/«пр'^максД'. где L — длина затвора (рнс. 5). Величина L в серийных П. т. составляет 0,5—10 мкм. В лаб. условиях широко исследуются приборы с і ж 0,1—0,25 мкм. Величина ^макс в кремниевых приборах не превосходит дрейфовой скорости насыщения Vs ~ 1-Ю7 см/с (см. Лавинно-про-Аётный диод). В П. т. на основе соединений AuiBv при L < 0,5 мкм важную роль играют т. н. б а л л и с-тич. эффекты (движение носителей заряда без столкновений на длине канала), за счёт к-рых величина wMaKc возрастает до (4—6)-107 см/с. Предельная частота генерации П. т. превосходит 200 ГГц. Предельно малое время переключения П. т.~ 5пс.
Осн. разновидности П. т. По областям применения все П. т. можно условно разбить на 4 оси. группы: П. т. для цифровых устройств н интегральных схем (ЦУ и ИС), П. т. общего применения, сверх высокочастотные П. т. н мощные П. т.
