Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
предельными ситуациями, соответствует весьма узкая область
(заштрихованная на рис. 4). Расположенные в ней характеристики хорошо
аппроксимируются выражением
j _ ( Vg + Vbi
с показателем п - 2-2,25 [10].
6.2.3. Нормально закрытый полевой транзистор
Электрические символы, обозначающие полевые транзисторы с р-n-переходом и
МП-транзисторы, показаны на рис. 5. Выше мы рассматривали нормально
открытый я-канальный полевой транзистор (обедненного типа), т. е. прибор,
в котором проводящий канал существует при нулевом напряжении на затворе
(VQ = 0),
Полевые транзисторы
337
Рис. 5. Электрические символы для обозначения нормально открытых и
нормально закрытых полевых транзисторов с р - n-переходом и МП-
транзисторов.
С точки зрения применений в маломощных высокочастотных схемах
представляют интерес нормально закрытые п-канальные транзисторы
(обогащенного типа), в которых канал настолько узок, что при VG - 0 он
уже перекрыт встроенным потенциалом р+- п-перехода Vbi. В таком
транзисторе ток начинает протекать, когда положительное смещение на
затворе превышает определенное пороговое значение W, величина которого
VT - Vbl - (33)
или
Уы~Ут~\~Ур- (33а)
где VP - напряжение отсечки канала, определяемое формулой (4) или (23).
В окрестности порогового напряжения выражение
для тока стока транзистора в режиме насыщения можно получить,
подставив формулу (33а) для Vbi в соотношение (12) и затем разлагая его в
ряд Тейлора по разности Va- VT [11]:
/d = -|hI-(vo-vtY- (34)
Выражение (34) подобно аналогичному соотношению для МОП-транзисторов
обогащенного типа (гл. 8). Различие состоит лишь в том, что для МОП-
транзисторов вместо глубины канала а в соответствующей формуле фигурирует
толщина диэлектрика.
Выходные вольт-амперные характеристики нормально открытых и нормально
закрытых приборов аналогичны (рис. 6). Переходные характеристики этих
приборов (рис. 6) отличаются друг
338
Глава 6
Vs
rfT
п V я
Ж- тип или it- тип или
пол у и золя тор полуиэолятор
h
v6* 0,0 в
-0,1
~0,2
-оз
-Ол
0 УВ
JT^
-Vr
0
a
K7
vb= + oab
Рис. 6. Вольт-амперные характеристики нормалыш открытого (а) и нормально
закрытого (б) МП-транзисторов.
от друга положением порогового напряжения VT на оси напряжений. В
нормально закрытом транзисторе ток при VG -¦ 0 не протекает, а начинает
увеличиваться лишь при VG Vt (в соответствии с формулой (34)). Отметим,
что, поскольку величина встроенного потенциала р+-п-затвора не превышает
1 В, диапазон прямых смещений на затворе транзистора ограничен величиной,
равной ~0,5 В, чтобы избежать больших токов в цепи затвора из-за
инжекции. Ниже мы рассмотрим работу нормально открытых приборов. Однако
все выводы будут справедливы и для нормально закрытых приборов (с
точностью до соответствующего сдвига напряжений на затворе).
6.3. ОСОБЕННОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК РЕАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
6.3.1. Полевая зависимость подвижности
Для длинноканальных полевых транзисторов (L > а) предположения,
использованные в разд. 6.2 при выводе вольт-ампер-ных характеристик, в
основном справедливы, и характеристики
Полевые транзисторы
339
J- 10
Np = 1017см ~J T = JOOK
Л
*2-10
\1пР
Vj
О a/Is
Si
О
5
10
6,10* В/см
15
20
Рис. 7. Зависимость дрейфовой скорости электронов от электрического поля
в Si, GaAs и InP [12, 13].
таких приборов довольно хорошо описываются соотношениями (12) или (28).
Однако экспериментальные характеристики полевых транзисторов с короткими
каналами (у которых отношение длины канала к его глубине не слишком
велико) существенно отличаются от результатов приближенной теории. Одной
из главных причин такого отличия является зависимость подвижности
носителей тока от величины электрического поля, которая приводит к
насыщению дрейфовой скорости при больших значениях поля. Зависимость
дрейфовой скорости от электрического поля в Si, GaAs и InP приведена на
рис. 7 [12, 13]. При малых полях дрейфовая скорость увеличивается
пропорционально электрическому полю, а коэффициент этой
пропорциональности и есть подвижность (,u = dvld&). В кремнии дрейфовая
скорость монотонно увеличивается с электрическим полем и достигает
скорости насыщения v "=* 107 см/с при полях, превышающих 5-104 В/см. В
GaAs и InP зависимость v(??) немонотонна: дрейфовая скорость сначала
достигает максимума, а зате леньшается, стремясь к значе-
Зависимость дрейфовой скорости от электрического поля в кремнии можно
аппроксимировать простым аналитииеским выражением (рис. 8)
ниям, равным ~(6-8)-106
(35)
340
Глава 6
V
Рис. 8. Две аппроксимации полевой зависимости дрейфовой скорости.
При этом полный ток канала определяется выражением (вместо выражения (6))
ID = qNDT1^.(a-h)Z. (36)
Используя введенные выше безразмерные глубины обедненного слоя (выражение
(10)), преобразуем это выражение к виду [14]
ID = 6/р (1 - и) ии'!(\ -f- 2uu'z), (37)
где
и' = да/д (x/L) = (L/VР) &х (2м)-1,
а параметр
z = |х VP/vsL (38)
представляет собой отношение характерной скорости [lVp/L к скорости
