Полевые транзисторы со структурой МДП Выполнили: Водакова В.Ю Семаков Н.В гр.21306 Полевой транзистор Полевой транзистор – это униполярный транзистор, основной физический принцип работы которого – это эффект поля. Эффект поля – под действием внешнего электрического поля изменяется концентрация свободных носителей заряда в приповерхностной области п/п. Для реализации транзисторного эффекта используется только один тип носителей. Виды полевых транзисторов Структура полевого транзистора VG VDS канал VSS Транзисторный эффект Транзисторный эффект – это изменение тока или напряжения во вторичной цепи, вызванное изменением тока или напряжения в первичной цепи. Режим работы полевого транзистора В приборах с МДП структурой внешнее поле обусловлено знаком приложенного напряжения на затвор. В зависимости от знака и величины VG могут быть четыре состояния области пространственного заряда полупроводника: Обогащение Обеднение Слабая инверсия Сильная инверсия Полевые транзисторы могут работать в активном режиме только в области слабой или сильной инверсии, когда инверсионный канал между стоком и истоком отделен от квазинейтрального объема подложки областью обеднения. Ток затвора пренебрежимо мал – пикоамперы. Мощность, затрачиваемая на транзисторный эффект в первичной цепи очень мала. Инверсионный канал Напряжение на затворе VG , при котором формируется инверсионный канал, - это пороговое напряжение VT . Изменяя VG при VG >VT можно менять концентрацию свободных носителей в канале и модулировать сопротивление Ri . Ток в цепи «исток – канал – сток» обусловлен только одним типом носителей. Таким образом МДП – действительно униполярная структура. VG>VT VSS>O VDS<V*DS ВАХ области плавного канала j(x,y,z)=q·µn·n(z) ·dV/dy После интегрирования от O до ∞ по x и z: IDS=W·µn· dV/dy·q·∫n(z) ·dz= W·µn· Qn · dV/dy Знаем: Qm=Qox+Qn+QB Qm=Cox· Vox VGS – ∆φms = Vox+ψs = Vox+ψs0+V(y) Qn=Cox[VGS – ∆φms – ψs0 +V(y)] – Qox – QB VT ≡ VGS (ψs=2φ0 , VDS=0) и Qn (VDS=0)=0 Тогда: И в итоге: VT= ∆φms + 2φ0 + Qox/Cox – QB/Cox Qn=Cox[VGS – VT – V(y)] Интегрируем вдоль канала и получаем ВАХ в области плавного канала: IDS=W/L·µn·Cox·[(VGS – VT ) ·VDS– V2DS /2] Область отсечки По мере роста напряжения исток-сток VDS в канале может наступить такой момент, что произойдет смыкание канала – в некоторой точке заряд электронов станет равным нулю. Qn=Cox[VGS – VT – V(y)] => V(y)=VGS – VT=V*DS VG>VT VSS=O VDS=V*DS Область отсечки Максимальная величина напряжения V(y) реализуется на стоке, поэтому смыкание произойдет сначала у стока. V*DS – напряжение отсечки, необходимое для смыкания канала. С ростом напряжения стока точка отсечки сдвигается к истоку. Эффективная длина канала L’ мало отличается от истинной ∆L=L-L’ << L Из-за этого в первом приближении ток стока IDS не зависит от напряжения стока VDS Область отсечки — ток стока Если VDS = V*DS , то в IDS=W/L·µn·Cox·[(VGS – VT ) ·V*DS– V*2DS /2] Получим ВАХ в области отсечки: IDS=W/2L·µn·Cox·(VGS – VT )2 IDS ~VGS – переходная характеристика транзистора IDS ~VDS – проходная характеристика транзистора VGS>VT VDS>V*DS VSS=O Модуляция длины канала При значительных напряжениях VDS и относительно малых длинах канала 10÷20 мкм в области отсечки наблюдается эффект модуляции длины канала при этом: точка отсечки смещается к истоку напряжение отсечки падает на длину L’ Это вызывает увеличение тока в канале IDS. Величина падения напряжения на участке от стока до точки отсечки составит: ∆V(∆ L)=VDS – V*DS = VDS – (VGS – VT) Пунктир – ВАХ с учетом модуляции Сплошная – ВАХ без учета модуляции Длина канала составит: ВАХ с учетом модуляции канала Пусть Пусть Тогда IDS это ток в канале приVDS >V*DS I0DS это ток в канале при VDS =V*DS=VGS – VT I0DS·L= IDS·(L – ∆L) ВАХ примет вид: Эффект модуляции канала аналогичен эффекту модуляции ширины базы (эф. Эрли) для биполярных транзисторов. IDS ~ (VG)2 экстраполяция прямолинейного участка в сторону 0 дает пороговое напряжение VT . Ячейка памяти на основе МДПтранзистора МДП-транзистор идеально подходит для организации элементарной ячейки памяти т.к управляется напряжением и не потребляет мощности на управление в статическом режиме Flash - память На базе МДП-транзистора с плавающим затвором, который позволяет хранить заряд, записанный на плавающий затвор, реализованы устройства flash-памяти Если заряд плавающего затвора у однобтитного МДПтранзистора меньше 5 000 электронов, то я чейка хранит логическую «1» Если заряд больше 30 000, то «0»