Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
преимуществами работы МОП-транзисторов при 77 К являются повышенная
подвижность, более высокие крутизна и проводимость в окрестности порога,
пониженное рассеяние мощности, меньшие токи утечки р-/г-переходов и
меньшие сопротивления металлических шин. Основным недостатком при этом
является необходимость погружения приборов в специальную инертную
охлаждающую среду (например, в жидкий азот) и связанные с этим
дополнительные, чисто технические трудности.
8.2.6. Типы МОП-транзисторов
Идеальный МОП-транзистор представляет собой усилитель с бесконечным
входным сопротивлением и генератором тока hi выходе. Электрические
свойства реальных приборов представляются более сложной эквивалентной
схемой. На рис. 18 приведена одна из таких схем (для схемы включения с
общим истоком) [32]. О дифференциальной крутизне gm мы уже говорили выше.
Входная проводимость Gin определяется током утечки через тонкий слой
подзатворного окисла. Для термически выращенных слоев двуокиси кремния
ток утечки между затвором и каналом очень мал (его плотность составляет
10-10 А-см-2), и
30
Глава 8
С fb
Рис. 18. Эквивалентная элекгрическзя схема МОП-транзистора для включения
с общим истоком [6].
обычно входной проводимостью пренебрегают. Входная емкость Cin равна
dQM/dVa, где QM - полный заряд на затворе [16]. В реальных приборах
тонкий слой окисла и затвор частично перекрывают области стока и истока.
Этот краевой эффект дает основной вклад в проходную емкость Cfb. Выходная
проводимость Gout равна проводимости стокового р-n-перехода. Выходная
емкость Соц представляет главным образом емкости р-л-переходов стока и
истока, последовательно соединенные через объем полупроводниковой
подложки. В линейном режиме МОП-транзистора максимальная рабочая частота
прибора
2л 2 3iC,r. 2 nLz
Этот результат следует из выражения (26) и того факта, что С№ си си ZLCj.
В области насыщения (см. выражение (49))
/ т
2 nL
(53)
что соответствует времени пролета канала со скоростью насыщения
т = ^. (54)
".
Для L = 1 мкм и vs - 107- см-с-1 время пролета т составляет всего лишь 10
пс. Однако в типичных кольцевых осцилляторах на МОП-транзисторах с длиной
канала 1 мкм измеряемые времена задержки обычно на порядок больше.
Следовательно, такие задержки обусловлены главным образом различными
паразитными емкостями и сопротивлениями в окружении прибора.
В зависимости от типа инверсионного канала различают четыре основных типа
МОП-транзиеторов. Если при нулевом
МОП-транзисторы
D
6
S I 37
w/hm
п* 1 л+ D+ J 1 р+
р п
Нормально закрытый {обогащенного типа)
Нормально закрытый (обогащенного типа')
а
б
$ I 3)
ш
р+ ---J-I р
р-канал п
Нормально открытый Нормально открытый
{обедненного типа) (обедненного типа)
Рис. 19. Основные типы МОП-транзисторов.
а - n-канальные; б - р-канальные.
Тип Эле к три ческий символ Выходные характеристики
Передаточные характеристики
п- канал Нормально^ закрытый (обогащенного типа) Ч- 0- 0 Г •^1 L 7 +
1я\ _ / 7 Уг +
п-канал Нормально открытый (обедненного типа) о Л Ж; ГТТ О BS L
- 0 +
р-канал Нормально закрытый (обогащенного типа) 1 JjL. Ут -¦-Vd
7 _ VT 0 +
J
р-канал Нормально открь/тый (обедненного типа) О J"L о v6 1
7 0 +
1 >1
^лектРические символы, передаточные и выходные характеристики четырех
типов МОП-транзисторов [33].
32
Глава 8
напряжении на затворе проводимость канала очень мала и для образования
инверсионного я-канала к затвору нужно приложить положительное
напряжение, такой прибор называется нормально закрытым (обогащенного
гипа) /i-канальным МОП-транзистором. Если же л-каиал существует уже при
нулевом смещении на затворе и, чтобы уменьшить его проводимость, к
затвору следует приложить отрицательное обедняющее напряжение, такой
прибор называют нормально открытым (обедненного типа) /г-каналь-ным МОП-
транзистором. Оба этих типа я-канальных приборов показаны на рис. 19, а.
Аналогичным образом классифицируются /7-канальные МОП-транзисторы:
нормально закрытые (обогащенного типа) и нормально открытые (обедненного
типа) (рис. 19, б).
Электрические символы, передаточные и выходные характеристики этих
четырех типов МОП-транзисторов приведены на рис. 20 [33]. Отметим, что
для нормально закрытого я-канального прибора, чтобы получить заметный ток
стока, нужно приложить к затвору достаточно большое положительное
смещение, превышающее пороговое напряжение VT¦ В нормально открытых
приборах значительные токи могут протекать уже при VQ = 0, а смещение
затвора увеличивает или уменьшает их величину. Сказанное выше можно легко
распространить и на /7-канальные приборы, соответствующим образом изменив
полярность напряжений
8.3. НЕОДНОРОДНОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ И ПРИБОРЫ СО ( КРЫТЫМ КАНАЛОМ
В рай- 8.2 концентрация легирующей примеси в подложке предполагалась
постоянной. В реальных же приборах распределение примеси практически
всегда неоднородно. Определенная неоднородность возникает даже в
приборах, изготавливаемых на начально однородно легированных подложках,
