Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Зи С. -> "Физика полупроводниковых приборов Книга 2" -> 4

Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.

Зи С. Физика полупроводниковых приборов Книга 2 — М.: Мир, 1984. — 456 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikapoluprovodnikovihpriborov21984.djvu
Предыдущая << 1 .. 2 3 < 4 > 5 6 7 8 9 10 .. 145 >> Следующая

лишь незна-тельно (рис. 6, в), поскольку напряжение между истоком и
точкой отсечки канала Y по-прежнему равно VDsSit. Инжекция неосновных
носителей из точки Y в обедненную область стока подобна процессу инжекции
носителей переходом эмиттер-база биполярного транзистора в обедненную
область его коллекторного перехода.
Теперь выведем аналитические соотношения, определяющие основные
характеристики МОП-транзисторов, используя при этом следующие допущения:
1) подзатворная область прибора представляет собой идеальную МОП-
структуру, что в соответствии с определением этого понятия, данным в гл.
7, означает отсутствие поверхностных состояний, фиксированного заряда ib
окисле, разности работ выхода между полупроводником и металлом и т. д.;
2) учитывается только дрейфовая компонента тока; 3) подвижность носителей
в инверсионном слое постоянна (не зависит от электрического поля); 4)
концентрация легирующей примеси в канале однородна; 5) обратные токи
утечки р-"-переходов пренебрежимо малы; 6) поперечное электрическое поле
Jfx, направленное перпендикулярно границе раздела (по оси х), значительно
превышает продольное электрическое поле <?yt направленное вдоль
поверхности (по оси у). Последнее допущение называется приближением
плавного канала.
В соответствии с принятыми допущениями поверхностная плотность полного
заряда в полупроводнике на расстоянии у от истока и поверхностный
потенциал (у) в той же точке связаны следующим соотношением:
Qs (У) - [-V g -f- ij)s {у)] Ci, (13)
где Ci = ei/d - удельная емкость окисла. Используя выражение (8) для
заряда инверсионного слоя, получим
Qn (У) = Qs (У) ~ Qb (У) = - [Vg - ijjs {у)] Ci - Qb (У)- (И)
В режиме сильной инверсии поверхностный потенциал t{5s равен + V (у), где
V (у) - напряжение обратного смещения
МОП-транзисторы
15
в точке у по отношению к потенциалу истока (который мы считаем
заземленным). Как уже говорилось выше, заряд обедненного слоя
Qeiy) 5=1 -QNА^т - - YZZsQNА [У (у) + 21^]" (15)
Подставив это выражение в выражение (14), получим
Qn (у) = - IУ в - У {у) - С/ + Y^sQ^a W (у) (16)
Проводимость канала представляет собой интеграл
xi
g = ^jo(x)dx (17)
о
от объемной удельной проводимости
о (х) = qn (х) |in (х). (18)
Полагая, что подвижность jx не зависит от х, получим
xt
g = j Я " ix = qZ^n | Qn ML. (19)
0
Сопротивление элементарного участка канала длиной dy есть
dR = lM-= , Тп ГТГ <2°)
gL Z\ln | Qn (у) I
и, следовательно, падение напряжения на этом участке
dV = IDdR = Z(in ^ (у) ( , (21)
где ток стока ID - константа, не зависящая от у. Умножив
выражение (16) на выражение (21) и проинтегрировав получив-
шееся выражение от истока (у = 0, V ~ 0) до стока (у = L, У - Vd), для
рассматриваемого идеализированного случая найдем
Id = -f - ^"С< \{Vo - 2фв - V" -
(22)
Из выражения (22) следует, что при фиксированном напряжении на затворе VG
ток стока ID сначала линейно увеличивается с напряжением стока VD
(линейная область), затем крутизна характеристики плавно уменьшается до
нуля, после чего начинается область насыщения. Семейство выходных (ID -
VD) характеристик идеального МОП-транзистора приведено на рис. 7,
16
Глава 8
Рие. 7. Выходные (стоковые) характеристики идеального МОП-транзистора
(/?> в зависимости от Vo). Штриховая линия соединяет точки начала
насыщения на характеристиках, соответствующих различным емещениям на
затворе тран* зистора (JD sat, Vp sat). При VD > Vq sat ток стока
остается постоянным.
Рассмотрим названные выше две области более подробно. Для малых
напряжений стока, разлагая выражение (22), получим
Id - т
(VG - VT) Vd
i , /¦№) V2d
2 4 Ct D
или еще проще (при VD<^(VQ - VT))
ID^4-^nCi (Vq - V T) V d>
(23)
(23a)
где
/2esgNA (2^д) Ct
(24)
- пороговое напряжение. Теоретические зависимости порогового
напряжения от концентрации примеси и толщины изолятора для Si-SiOa-систем
были приведены в гл. 7 (рио. 14). Эксперимен-
МОП- транзисторы
17
тально пороговое напряжение определяют, линейно продолжая измеренную при
малых VD сток-затворную характеристику (/с-J/0) до пересечения с осью
напряжений.
Дифференцируя выражение (23а), получим для проводимости^ и крутизны gm
идеального МОП-транзистора в линейной области
д1 гч 7
= 4- VnCt (VQ ~ VT), (25)
Г)
ёо = ду
D
гг = -^
gm - dyG
V Q=const
V^srCOnst
-f VnCiVo. (26)
По мере увеличения напряжения стока VD заряд инверсионного слоя Qn в
точке у = L (у края стока) уменьшается и, наконец, становится равным нулю
при VD = V^sat- Это явление по аналогии с подобным эффектом в полевых
транзисторах с р-п-переходом в качестве затвора называется отсечкой
канала. При Vd - VDsat ток стока достигает максимального значения lDsat.
При больших напряжениях (Vc > VCsat) наступает насыщение (1d~Idsat)-
Величину напряжения отсечки VDsat получим, приравняв нулю выражение (16)
с V (L) - VDsat:
Vd sat = va - 2Ч)В + К2 (1 - V1 + 2Ve/K2), (27)
где К = V%qNA/Ct. Ток насыщения /Dsat можно найти, под-ставив выражение
Предыдущая << 1 .. 2 3 < 4 > 5 6 7 8 9 10 .. 145 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed