Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
а - поверхностный потенциал; б - ивазиуровенц Ферми; в - поверхностная
концентрация электронов.
от истока к стоку с некоторым увеличением наклона вблизи стокового конца.
Главная причина сильного изменения У, вдоль канала - напряжение стока. На
рис. 15,6 подобная кривая приведена для квазиуровня электронов. Можно
видеть, что при данном напряжении затвора разность между ЧР8 и EFn/q
почти постоянна (около 30 kT/q) вплоть до y/L, близких к 'I, где
количество носителей быстро уменьшается до концентрации ъ собственном
полупроводнике, или, что то же самое, ЕРп приближается к ?;. Другой
способ иллюстрации такого поведения - это кривая поверхностной
концентрации электронов на рис. 15,в, где концентрация описывается
соотношением
Г?№-фв> EFn 1 ( qV.-EPn у
nS - пг ехр I f('[ kT \ Про еХР \ kT )
(41)
Изменение поперечного электрического поля <§ * sat (при насыщении) вдоль
канала показано на рис. 16,а. Интересно отметить,
что поле, как и следовало, уменьшается по направлению к стоку. Если мы
рассмотрим энергетическую диаграмму на рис. 12,а, то увидим, что в
поперечном сечении ее, близком к истоку, изгиб зон происходит на малом
отрезке длины и наклон их велик, тогда как вблизи стока изгиб зон
распространяется глубже в полупроводник и приводит к меньшей величине
поля. Продольное электрическое поле <§у Sat показано на рис. 16,6. Как и
ожидалось, оно увеличивается по мере приближения к стоку. Отношение
продольного поля к поперечному,
Рис. 16. Распределение электрических полей в канале МДП-транзистора.
а - изменение поперечного электрического поля на поверхности вдоль
канала; 6 - изменение продольного электрического поля на поверхности
вдоль канала: в - изменение отношения продольного электрического поля к
поперечному вдоль канала МДП-транзистора (того же, что на рис. 15),
работающего в точке насыщения [JI. 19J.
нормализованное по отношению к i(d/2L) (WEi), приведено на рис. 16,е для
различных концентраций примеси в объеме полупроводника. Из него следует,
что чем выше концентрация, тем труднее отсечь канал. Также ясно видно,
что для приборов с малой величиной отношение (d(2L) одномерное
приближение плавно меняющегося канала справедливо для большинства
возможных условий смещения. Например, для МДП-транзистора, работающего в
насыщении,
О
имеющего Na = I016 смг3, толщину окисла d 1 ООО А и длину канала А=10
мкм, отношение ](d[2L) составляет только 0,005. Отношение продольного
поля к поперечному около стока примерно 0,1. При более низких напряжениях
стока (Ud<Ud sat) отношение будет еще меньше.
3. Эквивалентная схема и типы МДП-транзисторов. МДП-транзистор в
основе своей является идеальным усилителем с бесконечно
Затвор
U,
Су.
:яЛ Q
в Сток
род Gout'
±-
Исток
Рис. 17. Эквивалентная МДП-транзистора для с общим истоком {Л. 6].
ив
схема
схемы
большим сопротивлением и генератором тока на- выходе. Практически же в
его эквивалентную схему входит еще ряд других параметров. Эквивалентная
схема [Л. 6, 21] для схемы с общим истоком приведена на рис. 17. Диффе-
,
ренциальную крутизну gm мы ув
уже обсуждали выше. Входная проводимость Gin имеет место из-за утечки
сквозь тонкий изолятор. В термически выращенных слоях двуокиси кремния
ток утечки между затвором и каналом очень мал, порядка 10-*° а/см2,
поэтому входная проводимость пренебрежимо мала [Л. 22]. В реальных
приборах изолирующий слой и металлический затвор
могут распространяться за пределы областей стока и Поэтому С in может
быть больше величины, получаемой из уравнения (39). Этот "краевой эффект"
дает также наибольший вклад в емкость обратной связи С/ь. Выходная
проводимость С",|( равна проводимости стока. Выходная емкость состоит
главным образом из емкостей двух, р-п переходов, соединенных
последовательно объемом полупроводника. Из-за нелинейной природы прибора
все перечисленные выше элементы схемы являются дифференциальными и их
величины зависят от рабочей точки.
Максимальная рабочая частота (если пренебрегать паразитными компонентами)
может быть определена как частота, на которой ток через Cin равен току
генератора тока gmUG'
истока.
2яС'
р-U о
2яМ
(42)
При низких напряжениях стока время пролета -носителей в канале дается
выражением
L2
(43)
где v - средняя -скорость движения. Однако было показано {Л. 6], что-при
насыщении (Ud = Ud sat)
Т"2/ю]т.
Имеется четыре основных разновидности 1МДП-транзистора, отличающихся
скорее структурой канала, чем типом проводим-ости объема полупроводника.
Если ка-нал n-типа существует при -нулевом смещении на затворе (рис.
18,а), мы должны приложить отрицательное напряжение на затвор, чтобы
обеднить канал носителями -и таким образом уменьшить проводимость канала.
Такой канал может быть образован, например, с помощью мелкой диффузии или
встроенного фиксированного -положительного -заряда в окисле. Этот тип
прибора называют обедненным с каналом n-типа. С другой стороны, если
проводимость канала очень -мала при нулевом напряжении затвора, мы должны
