МДП-транзистор

Доклад на тему
“Полевые транзисторы”
Выполнил: студент 3-го курса ФТФ гр. 21305
Крюков Дмитрий Сергеевич
МДП-транзистор
Физической основой работы
МДП транзистора является
эффект поля, который состоит в
изменении концентрации
свободных носителей заряда в
приповерхностной области
полупроводника под действием
внешнего электрического поля. В
структурах МДП внешнее поле
обусловлено приложенным
напряжением на металлический
электрод (затвор) относительно
полупроводниковой подложки. В
зависимости от знака и величины
приложенного напряжения
различают три состояния
приповерхностной области
полупроводника:
Обогащение основными
носителями.
Этому состоянию
соответствует знак
напряжения на
металлическом
электроде (затворе),
притягивающий
основные носители
(для n-типа, VG > 0,
ψs > 0).
Обеднение основными
носителями
Этому состоянию
соответствует
небольшое по
величине
напряжение,
отталкивающее
основные носители
(для n-типа, VG < 0,
ψs < 0).
Инверсия типа проводимости.
Инверсия типа
проводимости. Такому
состоянию соответствует
большое по величине
напряжение на затворе,
соответствующее
значительным изгибам
зон и вызывающее
обогащение поверхности
неосновными
носителями заряда (для
n-типа, VG << 0, ψs < 0).
Характеристики МОП ПТ в
области плавного канала
Ток в канале МДП-транзистора, изготовленного на подложке р-типа,
обусловлен свободными электронами, концентрация которых n(z).
Электрическое поле Еу обусловлено напряжением между истоком
и стоком VDS. Согласно закону Ома, плотность тока:
dV
j ( x, y, z )  q n n( z )
dy
где q – заряд электрона,
μn – подвижность электронов в канале,
V – падение напряжения от истока
до точки канала с координатами (x, y, z).
Проинтегрируем по ширине (x) и глубине (z) канала.
Тогда интеграл в левой части дает нам полный ток канала
IDS,
а для правой части получим:

I DS
.
dV
 W n
q  n( z )dz
dy 0
Величина под интегралом есть полный заряд электронов
в канале на единицу площади Qn. Тогда:
I DS
dV
 W n Qn
dy
Характеристики МОП ПТ в
области отсечки
По мере роста напряжения исток-сток VDS в канале может
наступить такой момент, когда произойдет смыкание канала,
т.е. заряд электронов в канале в некоторой точке станет
равным нулю. Это соответствует условию:
V ( y )  VGS  VT  V
*
DS
ВAX МДП-транзистора с учетом модуляции длины канала
примет следующий вид:
I DS
W

 n Cox (VGS  VT ) 2
2L
1
1
1
L
2 s  0 (VDS  VT  VGS )
qN A
Эффект смещения подложки
При приложении напряжения канал-подложка
происходит расширение ОПЗ и увеличение
заряда ионизованных акцепторов:
QB  2q s 0 N A ( s0  VSS )
Поскольку напряжение на затворе VGS постоянно, то
постоянен и заряд на затворе МДП-транзистора Qm.
Следовательно, из уравнения электронейтральности
вытекает, что если заряд акцепторов в слое обеднения QB
вырос, заряд электронов в канале Qn должен уменьшиться. С
этой точки зрения подложка выступает как второй затвор
МДП-транзистора, поскольку регулирует также
сопротивление инверсионного канала между истоком и
стоком. При возрастании заряда акцепторов в слое обеднения
возрастает и пороговое напряжение транзистора VT.
Изменение порогового напряжения будет равно:
VT 
QB
Cox

2 s  0 N A
2
Cox

s0
 VSS   s0

Поскольку смещение подложки приводит только к изменению
порогового напряжения VТ, то переходные характеристики
МДП-транзистора при различных напряжениях подложки VSS
смещаются параллельно друг другу.
Эквивалентная схема и быстродействие МДП-транзистора
МДП-транзистор можно изобразить
в виде эквивалентной схемы: Здесь
R вх обусловлено сопротивлением
подзатворного диэлектрика, входная
емкость Свх – емкостью
подзатворного диэлектрика и
емкостью перекрытия затвор-исток.
Паразитная емкость Спар
обусловлена емкостью перекрытий
затвор-сток. Выходное
сопротивление Rвых равно
сопротивлению канала транзистора
и сопротивлению легированных
областей истока и стока. Выходная
емкость Свых определяется
емкостью р-n перехода стока.
Генератор тока передает эффект
усиления в МДП-транзисторе.