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

1126. Корреляционный и регрессионный анализ 955 KB
  Корреляционный анализ. Множественный коэффициент корреляции. Классификатор на основе ядерных оценок. Регрессионный анализ. Коэффициент ошибок (на обучающей выборке). Применение QDA.
1127. Термическая обработка углеродистой стали на мелкое зерно 110.5 KB
  Изучить влияние отжига и нормализации на величину зерна в стали. Освоить методику определения величины аустенитного зерна по ГОСТ 5639-82. Роль термической обработки в процессах формирования зерна в сталях.
1128. Термическая обработка углеродистой стали 272.5 KB
  Влияние термической обработки на механические свойства (твердость) углеродистой стали. Назначения режима термической обработки при проведении закалки, нормализации, отжига и отпуска углеродистой.
1129. Влияние углерода на твердость термически обработанных сталей 175 KB
  Зависимость между содержанием углерода в стали и ее твердостью после отжига и закалки. Влияние углерода на структуру и свойства отожженных сталей. Количество остаточного аустенита при закалке сталей при увеличении содержания углерода
1130. Определение прокалываемости стали 162.5 KB
  Ознакомиться с методикой определения прокаливаемости. Выяснить влияние химического состава сталей и размеров деталей на прокаливаемость. Неоднородный аустенит. Нерастворенные частицы (карбиды, оксиды, интерметаллические соединения).
1131. Цементация стали 581.5 KB
  Сущность процесса цементации. Химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных деталей насыщается углеродом. Термическая обработка цементованных деталей.
1132. Операционный контроль геометрических параметров оптических деталей 143 KB
  Ознакомится с основными геометрическими параметрами оптических деталей и методами их измерения. Изучить состав и устройство основных видов оборудования и приспособлений для измерения параметров оптических деталей. Овладеть навыками измерений толщины, радиуса кривизны, предела разрешения и других параметров линз, пластин и призм.
1133. Исследование процесса сборки автоколлимационной зрительной трубки 234.5 KB
  Ознакомиться с методом автоколлимации и способами его реализации. Изучить конструкцию автоколлимационной трубки. Овладеть навыками проведения юстировочных и контрольных операций в процессе сборки оптических систем. Провести измерения плоскопараллельности методом автоколлимации.
1134. Сборка и контроль объективов насыпной конструкции 177.5 KB
  Виды, конструкции и назначения объективов. Особенности сборки объективов. Параметры, характеризующие качество сборки. Схема установки для контроля характеристик объективов по дифракционной точке. Возможные изображения дифракционной точки.