69006

БУДОВА, ПРИНЦИП РОБОТИ ТА СТАТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЬОВОГО ТРАНЗИСТОРА З ІНДУКОВАНИМ КАНАЛОМ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

При відсутності напруги UЗВ і за наявності напруги UСВ опір між стоком і витоком що визначається двома підключеними назустріч рn переходами великий а струм ІС дуже малий 109. З подачею напруги UЗВ 0 в напівпровіднику виникає електричне поле яке вилучає електрони поверхневого шару підложки...

Украинкский

2014-09-28

141.5 KB

5 чел.

12.2. БУДОВА , ПРИНЦИП РОБОТИ ТА СТАТИЧНІ                           ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЬОВОГО ТРАНЗИСТОРА                            З ІНДУКОВАНИМ      КАНАЛОМ  

      Це транзистори , у яких затвор відділений  від каналу шаром діалектрика – найчастіше двуокисом силіцію SiO2 .Основу транзистора з ізольованим затвором складають: силіцієва пластина (підложка), наприклад, n-типу(рис.12.6).

      По краях пластини створюються дві сильноліговані p+-області витоку (В) і стоку (С). На їх поверхні напиляють плівки алюмінію і припаюють виводи . Поверхню напівпровідника , між стоком та витоком , покривають шаром SiO2. На цей шар напилюють плівку алюмінію, до якої припаюють вивід. Цей вивід є затвором (З).

     В області затвору, таким чином, знаходиться тришарова структура: метал-діалектрик-напівпровідник, звідси і назва МДН-транзистори.

       МДН-транзистори можуть бути з індукованим n- або р- каналом збагаченого типу (рис.12.5, а) та з вбудованим р- або n-  каналом збідненого типу(рис.12.5,б)

                      р-канал                                     n-канал

                       р-канал                                         n-канал

                                  Рис.12.5. Типи МДН – транзисторів:

                                   а - збагаченого типу ; б – збідненого типу

      Найбільшого поширення отримали  МДН-транзистори з індукованим каналом  р-типу та з вбудованим каналом n-типу.

      В зв’язку з тим , що затвор ізольований від підложки діалектричним слоєм, струм  в ланцюзі затвора  дуже малий , також мала потужність споживана від джерела сигналу в ланцюзі затвора.

      До переваг МДН-транзисторів відносяться:

-мала чутливість до дефектів кристалічної структури;

-висока економічність;

-високий вхідний опір (зважаючи на малий струм в ланцюзі затвора);

-високе значення граничних частот -до 10 ГГц (завдяки малій вхідній ємності).

      До недоліків   МДН-транзисторів відносяться висока чутливість до радіаційного опромінення та статичної напруги.

12.2.1. БУДОВА , ПРИНЦИП РОБОТИ

      При відсутності напруги  UЗВ і за наявності напруги UСВ опір між стоком і витоком, що визначається двома підключеними назустріч р-n переходами, великий , а струм ІС дуже малий (10-9...10-10А). Канал відсутній (рис.12.6, а).

      З подачею напруги UЗВ<0 в напівпровіднику виникає електричне поле, яке вилучає електрони поверхневого шару підложки в області затвора в глубину підложки і притягує дірки  з p+-областей стоку і витоку до поверхні затвору. Концентрація дірок в підзатворній області зростає , але до певного значення концентрації вони зв’язані і не можуть забезпечити електропровідність каналу. Лише при збільшенні напруги UЗВ до значення , яке називається пороговим   UЗВ ПОР , в поверхневому шарі затвора концентрація електронів знижується настільки , що він починає збагачуватись дірками , і тому виникає провідність поверхневого шару тобто з’являється (індукується) канал, а з ним і струм ІС . Зі збільшенням напруги UЗВ < 0 зростає концентрація дірок в каналі і його провідність.

 Рис.12.6.  Структури ПТ з індукованим каналом:

                                                        а-   при UЗВ=0  ;    б-  при UЗВ<0

      Висновок: Для утворення каналу в транзисторі з індукованим каналом до затвора необхідно прикласти зворотню (відносно витоку) напругу, більшу за порогову.

    12.2.2. ПЕРЕДАТОЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА

      В відповідності до розглянутого вище можна зобразити передаточну характеристику транзистора з індукованим р-каналом зі спільним витоком

          

                                   ІС=f( UЗВ)   при  UСВ = const

Передаточна характеристика починається з напруги на затворі , яка називається пороговою UЗВ ПОР та зростає за квадратичним законом (рис.12.7).

                                         ІС=а( UЗВ- UЗВ ПОР)2 ,

 

                   

  де                                     а= ,

         μns-поверхнева рухливість електронів;

         Wширина каналу;

         ∆- товщина підзатворного діалектрика;

          l –довжина каналу.

       Для збільшення ІС відношення довжини каналу до його ширини  пови

нно бути малим.

 Рис.12.7.  Передаточна ВАХ  ПТ

     

      Напруга UСВ мало впливає  на струм ІС . Порогова напруга в сучасних транзисторів має значення від 2,7 до 10В.

 

                            12.2.3. ВИХІДНА ХАРАКТЕРИСТИКА

      Вихідна характеристика представляє собою залежність

                       ІС=f( UСВ)   при  UЗВ = const

      Розглянемо її хід при UЗВ > UЗВ ПОР (рис.2).

      При UЗВ > UЗВ ПОР виникає канал, але якщо UСВ=0 , то струм ІС=0 і товщина індукованого каналу буде однаковою (рис.12.8 , а).

      При UСВ<0 в каналі з'являється струм стоку ІС (рис.12.8, б). Спочатку зі зростанням UСВ він буде зростати за лінійним законом, потім ввійде в насичення. Поява струму ІС призводить до спаду напруги на опорі каналу (вздовж нього). На значення цього спаду напруги зменшиться різниця потенціалів між затвором і каналом.

      Таким чином , сумарне поле буде різним по довжині каналу – при наближенні до стоку воно зменшується. Це призводить до звуження каналу і зменшення росту ІС зі зростанням UСВ.

 Рис.12.8  Структури підзатворної області ПТ з вбудованим каналом при зміні напруги UСВ:

                         а- UСВ=0 ;  б- UСВ<0 ;   в- UСВ= UСВ НАС ;   г- UСВ> UСВ НАС

      З подальшим збільшенням напруги UСВ до UСВ НАС канал поблизу стоку стає вузьким (рис.12.8 , в), що різко збільшує його опір. Струм ІС досягає значення    ІС НАС , яке майже не збільшується при подальшому зростанні напруги UСВ (рис.12.8 , г).

      На рис.12.9 зображено сімейство вихідних статичних характеристик. Характеристика при більшому UЗВ проходить вище інших, оскільки в цьому випадку канал  більше насичується дірками , ІС буде більшим і перехід в режим насичення відбудеться при більших напругах на стоці

                                      UСВ НАС= UЗВ- UЗВ НАС 

 

 Рис.12.9  Вихідні ВАХ ПТ

      Вихідні характеристики мають круту і пологу області та область пробою.

Круту область можна апроксимувати формулою

                                   ІС=b[(UЗВ-UЗВ ПОР)UСВ-] ,

де      b =                                                                                                                                                                 

         μрs-ефективна рухливість дірок в каналі;

         Wширина каналу;

         СЗК- питома ємність З-К;

          l –довжина каналу.

Для збільшення ІС  необхідно збільшувати b за рахунок відношення  (необхідний короткий і широкий канал), а також зменшити UЗВ ПОР (заміна металевого затвора кремнієвим зменшує UЗВ ПОР до 1,5 В).

      Полога частина характеристики описується формулою

                                            ІС=  (UЗВ-UЗВ ПОР)2 ,

тобто при насиченні струм ІС не залежить від напруги UСВ .

      В крутій області транзистор працює як єлектрично керований резистор , а в пологій – як підсилювач.

      При перевищенні електричних режимів в транзисторі виникає пробій р-n перехода під стоком або пробій діалектрика під затвором.

      Пробій р-n перехода під стоком виникає при великих напругах UСВ . На напругу UСВ ПРОБ впливає UЗВ : при збільшенні напруги UЗВ зростає UСВ ПРОБ .

      Пробій діалектрика під затвором може відбутись при напрузі на затворі в декілька десятків вольт. Цей вид пробою може виникнути внаслідок накопичення статичних зарядів , оскільки на вході опір МДН-транзисторів великий. Для виключення можливості такого пробою вхід МДН-транзистора часто захищають стабілітроном, котрий обмежує напругу UЗВ .

      Затвор МДН-транзистора і підложка, розділені шаром діалектрика, утворюють конденсатор. Великий опір витоку (близько 1012 Ом ) цього конденсатора створює сприятливі умови для нагромадження на ньому статичних зарядів з потенціалом, здатним спричинити необоротній пробій діалектричного шару. При цьому затвор транзистора не можна залишати вільним, не приєднаним  до спільної шини або шини живлення. Крім того , вхід транзистора захищають діодно-резистивним ланцюгом. В залежності від значення і полярності  напруги на вході діоди або проводять струм в прямому напрямі, або опиняються в режимі лавинного пробою, котрий настає при зворотній напрузі близько 30-35 В . Лавинний пробій діодів має оборотній характер.

         

           12.2.4.  ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ НА СТАТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

                МДН-ТРАНЗИСТОРА З ІНДУКОВАНИМ КАНАЛОМ

      З ростом температури рухливість носіїв заряду в каналі падає, що приводить до збільшення опору каналу, тобто до збільшення струму ІС . З іншого боку, при збільшенні температури збільшується концентрація неосновних носіїв в підзатворній області. Це призводить до зменшення порогової напруги на затворі. Цей фактор переважає в початковій області передаточних характеристик, де    значення UЗВ-UЗВ ПОР невелике. Тут зі зростанням температури збільшується і струм стоку (рис.12.10) при заданій напрузі UЗВ .

      В області , де значення UЗВ-UЗВ ПОР велике з ростом температури переважає вплив зменшення рухливості носіїв заряду, тому зростання струму стоку зменшується.

      Існує така напруга на затворі , при якій обидва фактори взаємокомпенсуються і температурний коефіцієнт буде дорівнювати 0. Точка Т на статичних характеристиках називається точкою температурної стабілізації. В ній при температурах Т1 і Т2 струм ІС не залежить від температури. Ця властивість польового транзистора може використовуватися для температурної стабілізації режиму.

                                  UЗВ Т = UЗВ ПОР +(0,8...2,4)В

 Рис.12.10  Термостабільна точка на передаточній ВАХ ПТ

      На жаль, практично термостабільні властивості ПТ не завжди можливо використати, оскільки термостабільна точка Т  знаходиться на нелінійній ділянці передаточної характеристики.

12.3. БУДОВА , ПРИНЦИП РОБОТИ ТА СТАТИЧНІ                             ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЬОВОГО ТРАНЗИСТОРА З                   ВБУДОВАНИМ КАНАЛОМ

      Канал у транзисторі може бути вбудованим при виготовленні , шляхом створення між витоком і стоком тонкого шару напівпровідника з провідністю протилежною до провідності підложки . Такі транзистори називаються транзисторами з вбудованим каналом .       Розглянемо принцип роботи ПТ з n-каналом .У такого транзистора, за присутності напруги UСВ , струм ІС  0  навіть за відсутності напруги UЗВ=0.

      При  напрузі UЗВ<0 і під дією електричного поля концетрація електронів  в каналі знижується (канал збіднюється) ,    його провідність і струм ІС зменшуються.

 Рис.12.11  Структура транзистора з вбудованим n-каналом

      При  напрузі UЗВ>0 електричне поле переміщує електрони з об′єму напівпровідника в канал, збільшуючи його провідність. При цьому збільшується струм ІС (канал збагачується) .

      Таким чином , управління струмом ІС транзистора з вбудованим каналом можливе як позитивною так і негативною напругою затвора.

      При деякій напрузі UЗВ ВІД < 0 шар з протилежним  по відношенню до підложки типом провідності зникає, виникає відсічка каналу, при якій струм ІС зменшується до  0.

      Передаточна характеристика такого транзистора зображена на рис.12.12

                       Рис.12.12  Передаточні характеристики ПТ з вбудованим n-каналом

Для транзистора n-типу напруга UЗВ ВІД < 0, а для p-типу UЗВ ВІД > 0.

Вихідні характеристики ПТ зображені на рис.12.13

                                Рис.12.13.  Вихідні характеристики ПТ з вбудованим n-каналом

      З вихідних ВАХ виходить, що для n-каналу при відсутності напруги UЗВ буде існувати струм стоку ІС при позитивній напрузі UСВ він буде більшим, а при негативній напрузі UЗВ – меншим  .


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

487. Особенности национального менеджмента в России 170.5 KB
  Влияние национальных факторов на развитие менеджмента в России. Инфраструктура и характерные черты современного российского менеджмента, сравнительный анализ и сопоставление с Западной моделью. Роль российской культуры в системе современного менеджмента.
488. Организация технологического процесса изготовления детали 159.96 KB
  Расчет размера партии и периодичность запуска-выпуска деталей. Расчет длительности производственного цикла. Планирование участка и построение план-графика работы. Организация технического контроля качества продукции на предприятии.
489. Казарма на 4 подразделения 119.5 KB
  Разработан проект четырех этажной казармы на 4 подразделения в городе Батуми. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Определение глубины заложения фундамента.
490. Cадово-парковое и ландшафтное строительство 250 KB
  Формирование целостного представления о предприятиях зеленого хозяйства. Знакомство с состоянием рынка труда и производства зеленого материала для озеленения. Изучение ассортимента цветочных, древесных и кустарниковых культур.
491. Экономическое обоснование проекта автоматизации технологического процесса обработки информации 152 KB
  Расчет трудоемкости обработки информации и действительного годового фонда времени. Оценка экономической эффективности проекта и расчет количества оборудования и работников.
492. Поляризация диэлектриков 286.5 KB
  Ионно-релаксационная поляризация. Классификации диэлектриков. Спонтанная (сегнетоэлектрическая), дипольно-релаксационная, миграционная (межслоевая), остаточная (электретная) поляризация.
493. Газоснабжение и горячее водоснабжение жилого 6-и этажного здания 206.5 KB
  Гидравлический расчет подающих трубопроводов. Газоснабжение жилого здания. Гидравлические расчет систем горячего водоснабжения. Анализ циркуляционных трубопроводов.
494. Статистические оценки параметров распределения. Несмещенные, эффективные и состоятельные оценки 157.5 KB
  Несмещенные, эффективные и состоятельные оценки. Числовые характеристики вариационных рядов. Выборочная дисперсия и выборочное среднее квадратическое отклонение. Исправленная выборочная дисперсия. Обычные, начальные и центральные эмпирические моменты.
495. Актуальные проблемы реформы местного самоуправления 909 KB
  Конституция Российской Федерации и проблемы развития компетенционных возможностей местного самоуправления. Реформа местного самоуправления: проблемы реализации. Проблемы законодательного обеспечения реформы местной власти.