Полевые транзисторы Мытарев А.В. Яковлева Д.А. гр. 21303

Полевые транзисторы
Мытарев А.В.
Яковлева Д.А.
гр. 21303
Полевые транзисторы.
Основным принципом работы полевых
транзисторов является эффект поля.
(изменение концентрации носителей в
приповерхностной области проводника
под действием внешнего
электрического поля)
Все полевые приборы – униполярные – в
активном режиме работы используется
только один тип носителей.
Основные элементы МДП-транзистора.
Полупроводник n- или p- типа, на котором изготовляется МДПтранзистор – подложка(SS). В ней сформированы две сильно
легированные области противоположного с подложкой типа
проводимости – исток(S) и сток(D). Управляющий электрод –
затвор(G) – отделен от активной области диэлектрической
прослойкой - изолятором. Область подложки, находящаяся под
затвором между истоком и стоком – канал.
Принцип работы МДП-транзистора.
Существует три состояния приповерхностной области
полупроводника:
1) Обогащение основными
носителями.
Этому состоянию соответствует знак
напряжения на затворе,
притягивающий основные носители.
(для n-типа, VG > 0, ψs > 0). ψs –
приповерхностный потенциал.
Принцип работы МДП-транзистора.
2) Обеднение основными
носителями.
Этому состоянию соответствует
небольшое по величине напряжение,
отталкивающее основные носители
(для n-типа, VG < 0, ψs < 0).
Принцип работы МДП-транзистора.
3) 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).
Принцип работы МДП-транзистора.
Транзисторный эффект заключается
в изменении тока или напряжения во вторичной цепи, вызванном
изменениями тока или напряжения в первичной цепи.
Полевой транзистор – прибор управляемый напряжением.
Входные характеристики: затворные - IG и VG
Выходные характеристики: стоковые – IDS и VDS
Реализация транзисторного эффекта:
При изменении величины напряжения на затворе VG меняется
концентрация свободных носителей, тем самым изменяется
сопротивление канала R, это вызовет изменение тока стока IDS.
Принцип работы МДП-транзистора.
Выбор знаков напряжения:
Для МДП-транзистора с индуцированным каналом при VG=0 канал
между стоком и истоком отсутствует.
Знак VG надо выбирать, чтобы формировался инверсионный слой.
Для n-канального транзистора: VG>0
Для p-канального транзистора: VG<0.
VDS – напряжение на стоке.
Стоковый переход должен быть смещен в обратном направлении.
Для n-канального транзистора: VDS >0
Для p-канального транзистора: VDS<0.
Для увеличения заряда в области обеднения необходимо подавать
обратное смещение на индуцированный p-n переход.
Для n-канального транзистора: Vss<0
Для p-канального транзистора: Vss>0
Vss – напряжение, подаваемое на подложку.
Характеристики МДП-транзистора в
области плавного канала
Ток в канале МДП-транзистора, изготовленного на подложке р-типа,
обусловлен свободными электронами, концентрация которых n(z).
Электрическое поле Еy обусловлено напряжением между истоком и
стоком VDS.
Согласно закону Ома, плотность тока:
dV
j ( x, y, z )  q n n( z )
dy
Выполняя некоторые преобразования получаем формулу:
Это уравнение описывает ВАХ ПТ в области плавного канала.
Характеристики МДП-транзистора 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 для n-канального транзистора.
Это соответствует условию:
V ( y )  VG  VT  V
*
DS
*
VDS
Max V(y) реализуется на стоке. Поэтому напряжением отсечки
называется напряжение стока VDS ,необходимое для смыкания канала.
Это уравнение является ВАХ МДП-транзистора в области отсечки.
Режим отсечки.
Схема p-канального МДП-транзистора при
напряжении на стоке, равном напряжению
отсечки.
Схема p-канального МДП-транзистора при
напряжении на стоке, большем напряжения
отсечки.
ВАХ МДП ПТ.
Влияние типа канала на ВАХ МДП-транзисторов:
Вид ВАХ МДП ПТ сильно зависит от типа полупроводниковой подложки и типа
инверсионного канала. Инверсионный канал называется индуцированным, если
при VG=0 он не сформирован, а при VG>VT появляется. Инверсионный канал
называется встроенным, если при VG=0 он уже сформирован.
Зависимость тока стока IDS от напряжения на стоке VDS при различных
напряжениях на затворе VG называют проходными характеристиками
МДП-транзистора, а зависимость тока стока IDS от напряжения на затворе VG
при различных напряжениях на стоке VDS называют переходными
характеристиками МДП-транзистора.
В том случае, если напряжение на стоке VDS больше, чем напряжение
отсечки V*DS, на переходных характеристиках ток стока IDS от напряжения на
стоке VDS не зависит.
Эффект смещения подложки
При приложении напряжения канал-подложка происходит расширение
ОПЗ и для n-канального транзистора увеличение заряда ионизованных
акцепторов:
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. При возрастании
заряда акцепторов в слое обеднения возрастает и пороговое
напряжение транзистора VT. Изменение порогового напряжения будет
равно:
Малосигнальные дифференциальные
параметры.
S
- крутизна переходной характеристики
(характеризуется изменением тока стока при
единичном увеличение напряжения на
затворе при постоянном напряжении на
стоке)
Ri – внутреннее сопротивление
(характеризует изменение напряжения в
выходной цепи, необходимое для единичного
увеличения тока стока при неизменном
напряжении на затворе)
μi –
коэффициент усиления
(характеризуется изменением напряжения в
выходной цепи при единичном изменении
напряжения в входной цепи и неизменном
токе стока)