Устройство, принцип действия, статические характеристики и параметры МДП-транзисторов с индуцированным каналом п- и р- типов

Упрощенная структура МДП-транзистора с индуцированным каналом р-типа показана на рис. 5.1. В подложке из кремния n-типа с высоким удельным сопротивлением методом диффузии созданы две сильно легированные области р-типа. Эти области отделены друг от друга встречно включенными ЭДП р^+-n и n-р^+. Поэтому если между этими р^+-областями включить источник внешнего напряжения Е_С, то при любой его полярности один из ЭДП окажется включенным в обратном направлении и в цепи будет протекать очень незначительный ток, являющийся обратным током закрытого ЭДП. На поверхности полупроводника между р^+-областями создают тонкий слой диоксида кремния SiO₂, обладающего высокими диэлектрическими свойствами. На этот слой напыляется металлическая пленка, служащая управляющим электродом - затвором. Если к металлическому затвору приложить отрицательное относительно подложки напряжение, то под действием возникшего электрического поля с напряженностью Е_ЗП электроны начнут уходить от поверхности в глубину подложки, а дырки, наоборот, будут поступать из глубины подложки к ее поверхности. При некотором значении напряжения между затвором и подложкой концентрация дырок в приповерхностном слое подложки оказывается больше концентрации электронов, т.е. в приповерхностном слое подложки между р^+-областями образуется область с электропроводностью р-типа. Это явление называют инверсией электропроводности, а образовавшийся в приповерхностном слое р-слой - каналом. Теперь если между р^+-областями включить источник внешнего напряжения Е_С, то в образовавшейся электрической цепи потечет ток, создаваемый движением основных носителей заряда (дырок). Область р^+, от которой начинается движение основных носителей, называется истоком, а область р^+, к которой эти носители движутся - стоком. Сила протекающего тока, называемого током стока I_С, зависит от толщины (ширины) канала, которую можно изменять изменением напряжения на затворе U_ЗИ (исток электрически соединяется с подложкой). Напряжение U_ЗИ, при котором появляется инверсия электропроводности приповерхностного слоя подложки, называется пороговым и обозначается U_ЗИпор. При увеличении абсолютного значения отрицательного напряжения U_ЗИ ширина канала увеличивается, что приводит к уменьшению его сопротивления и увеличению тока стока I_С. Условное обозначение МДП-транзистора с каналом р-типа показано на рис. 5.2, а. Если использовать подложку р-типа со встроенными n^+-областями стока и истока, то получится МДП-транзистор с каналом n-типа. В таком транзисторе на затвор и на сток необходимо подавать положительные напряжения. Условное обозначение МДП-транзистора с каналом n-типа показано на рис. 5.2, б.

Эти характеристики отражают зависимость тока стока от напряжения U_ЗИ и U_СИ. Практическое применение получили статические сток-затворные и стоковые, или выходные, характеристики. На рис.5.3, а приведены исток-затворные характеристики МДП-транзисторов с индуцированным каналом n-типа. Как видно из этих характеристик напряжение U_СИ оказывает слабое влияние на ток стока, поэтому часто вместо семейства приводится одна сток-затворная характеристика. Выходные, или стоковые характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа показаны на рис.5.3, б. Они похожи на выходные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме ОЭ, но в отличие от них при разных значениях U_ЗИ восходящие участки имеют различную крутизну. На стоковых характеристиках можно выделить две области: крутую (1) и пологую (2). Связь между током стока I_С и напряжениями на электродах МДП-транзистора с индуцированным каналом определяется уравнениями Хофстайна. Для крутой области характеристик

I_C=K[(U_ЗИ-U_ЗИПОР)U_СИ-0.5U^2_СИ] (5.1) где К-удельная крутизна, измеряемая в А/В^2 и зависящая от размеров канала и материала диэлектрика. Для пологой области характеристик I_C=0,5K(U_ЗИ-U_ЗИПОР)^2 (5.2).

Рис. 1 Рис. 2

Рис. 3 Рис. 4