Принцип дії МДП-транзисторів з індукованим каналом
Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Розглянемо р-канальний МДП-транзистор в схемі включення із загальним витоком. Потенціал витоку вважаємо рівним нулю. При напрузі затворі щодо витоку, що дорівнює нулю і при наявності напруги на стоці (Uзи = 0, Uси ¹ 0) струм стоку виявляється мізерно малим. Він являє собою зворотний струм р-n-переходу між підкладкою і сильнолегированной областю стоку.
При негативному потенціалі на затворі при | Uзи |<|UЗИпор | у поверхности полупроводника возникают обедненный слой и область объемного заряда, состоящая из ионизированных нескомпенсированных примесных атомов (в рассматриваемом случае - доноров). При |UЗИ |>| UЗІпор | у поверхні напівпровідника під затвором виникає область збіднення, який і є провідним каналом між витоком і стоком.
Зі зміною напруги на затворі змінюється концентрація носіїв заряду в провідному каналі, а також товщина цього каналу. Основною причиною модуляції опору провідного каналу в МДП-транзисторах з індукованим каналом являетcя зміна концентрації носіїв в провідному каналі (в польових транзисторах з керуючим переходом основною причиною є зміна товщини каналу).
При зміні опору провідного каналу змінюється і струм стоку, тобто відбувається управління струмом стоку. У зв'язку з тим, що затвор відділений від підкладки діелектричним шаром, струм в ланцюзі затвора нікчемно малий, мала і потужність, споживана від джерела сигналу в ланцюзі затвора і необхідна для управління відносно великим струмом стоку. Таким чином, МДП-транзистор з індукованим каналом може виробляти посилення електричних сигналів по напрузі і по потужності.
Вихідним полупроводником для польових транзисторів з ізольованим затвором в основному є кремній. Тому в якості діелектрика під затвором використовується зазвичай шар діоксиду кремнію SiO, вирощений на поверхні кристала шляхом високотемпературного окислення.
Польовий транзистор з ізольованим затвором, в якому в якості ізоляційного шару між металевим затвором і проводять каналом використаний оксид напівпровідника, називають МОП-транзистором. Існують два різновиди МДП-транзисторів: з індукованим каналом і з вбудованим каналом.
У МДП-транзисторах з індукованим каналом (рис. 8.7 а) проводить канал між сильнолегованих областями витоку і стоку і, отже, помітний струм стоку з'являються при певній полярності і при певному значенні напруги на затворі щодо витоку, які називають пороговим напругою (UСІпор).
У МДП-транзисторах з вбудованим каналом (рис. 8.7 б) у поверхні напівпровідника під затвором при нульовій напрузі на затворі щодо витоку існує область збіднення - канал, який з'єднує витік зі стоком.
Зображені на (рис. 8.7 а і б) структури мають підкладку з електропровідністю n-типу. Тому сильнолегованих області під витоком і стоком, а також індукований і вбудований канал в даному випадку мають електропровідність p-типу. На ріс.8.7 в і г зображені структури з n-каналом.
Випрямляючі електричні переходи під витоком і стоком найчастіше виконані у вигляді p-n- переходів.
МДП-транзистори з вбудованим каналом
У МДП-транзисторах з вбудованим каналом провідний канал під затвором існує при відсутності напруги на затворі. Провідний канал під затвором МДП-транзистора може бути створений в результаті локальної дифузії або іонної імплантації відповідних домішок в приповерхневих шар підкладки. Він може виникнути через перерозподіл домішок поблизу поверхні напівпровідникової підкладки в процесі термічного окислення її поверхні. Нарешті, провідний канал може з'явитися під затвором через фіксованого заряду в подзатворного диоксиде кремнію, а також через наявність контактної різниці потенціалів між металом затвора і напівпровідником підкладки.
Модуляція опору каналу відбувається при зміні напруги як позитивної, так і негативної полярності. Таким чином, МДП-транзистор з вбудованим каналом може працювати в двох режимах: в режимі збагачення і в режимі збіднення.
Порівняння польових транзисторів
1. Принцип дії. В біполярному транзисторі управління вхідним сигналом проводиться вхідним струмом, а в польовому - вхідною напругою або електричним полем.
2. Біполярні транзистори мають низький вхідний опір, а польові - висока.
3. Польові транзистори, як правило, мають більш низьким рівнем шуму (особливо на низьких частотах). У біполярних транзисторах на низьких частотах шуми пов'язані з рекомбінацією носіїв в р-n-переході і базі, а також генераційно-рекомбінаційними процесами на поверхні приладу.
4. Оскільки польові транзистори є уніполярними приладами, вони не чутливі до ефектів накопичення неосновних носіїв, і тому мають більш високі граничні частоти і швидкості перемикання.
5. Підсилювачі на біполярних транзисторах мають більш високі коефіцієнти посилення, ніж на польових.
Сучасна наука розвивається дуже швидкими темпами, в даний час обсяг наукових знань подвоюється кожні 10 - 15 років. Проте, базові знання зберігаються, стаючи основою для подальшого розвитку науки. Розглянуті в даному посібнику питання є базою для більш глибокого вивчення і розуміння розвитку сучасних технологій: мікроелектроніки, оптоелектроніки, нанотехнологій, інформаційних технологій.
1.ЕЛЕМЕНТИ квантової механіки. 4
1.1. Гіпотеза де Бройля. Корпускулярно-хвильовий дуалізм мікрочастинок 4
1.2. Співвідношення невизначеностей. 7
1.3. Хвильова функція. 9
1.4. Рівняння Шредінгера. 11
1.5. Завдання квантової механіки про рух вільної частинки 12
1.6. Завдання квантової механіки про частку в одновимірної прямокутної потенційної ями. 14
1.7. Поняття про тунельному ефекті. 19
1.8. Атом водню в квантовій механіці. Квантові числа. 26
1.9. 1s - стан електрона в атомі водню. 29
1.10. Спін електрона. Принцип Паулі. 31
1.11. Спектр атома водню. 32
1.12. Поглинання, спонтанне і вимушене випромінювання. 34
1.13.1. Інверсія заселеність. 35
1.13.2. Способи створення інверсіїзаселеність. 37
1.13.3. Позитивний зворотний зв'язок. Резонатор. 38
1.13.4. Принципова схема лазера. 38
1.14. Рівняння Дірака. Спін. 39
2. зонна теорія ТВЕРДИХ ТІЛ. 40
2.1. Поняття про квантові статистиках. Фазовий простір. 40
2.2. Енергетичні зони кристалів. Метали. Напівпровідники. Діелектрики. 42
2.3. Метод ефективної маси. 45
3.1. Модель вільних електронів. 48
3.2. Розподіл електронів провідності в металі за енергіями. Рівень і енергія Фермі. Виродження електронного газу в металах. 50
3.3. Поняття про квантової теорії електропровідності металів 55
3.4. Явище надпровідності. Властивості надпровідників. Застосування надпровідності. 57
3.5. Поняття про ефекти Джозефсона. 62
4. Напівпровідники. 63
4.1. Основні відомості про напівпровідників. Класифікація напівпровідників. 63
4.2.Собственние напівпровідники. 64
4.3.Прімесние напівпровідники. 66
4.3.1.Електронний напівпровідник (напівпровідник n-типу) 67
4.3.2. Дірковий напівпровідник (напівпровідник р-типу) 69
4.3.3.Компенсірованний напівпровідник. Частково компенсований напівпровідник. 70
4.3.4.Елементарная теорія домішкових станів. Водородоподобном модель домішкового центра. 71
4.4.Температурная залежність питомої провідності домішкових напівпровідників. 74
4.4.1.Температурная залежність концентрації носіїв заряду 74
4.4.2.Температурная залежність рухливості носіїв заряду 77
4.4.3.Температурная залежність питомої провідності напівпровідника n-типу. 79
4.4.5. Термістори і болометри. 79
4.5. Рекомбінація нерівноважних носіїв заряду в напівпровідниках 81
4.6. Дифузія носіїв заряду. Дифузійна довжина. 83
4.6. Співвідношення Ейнштейна між рухливістю і коефіцієнтом дифузії носіїв заряду. 85
4.7. Ефект Холла в напівпровідниках. 87
4.7.1. Виникнення поперечного електричного поля. 87
4.7.2. Застосування ефекту Холла для дослідження напівпровідникових матеріалів. 91
4.7.3. Перетворювачі Холла. 91
4.8. Магніторезистивний ефект. 92
5. Електронно-дірковий перехід. 95
5.1.Образованіе електронно-діркового переходу. 95
5.1.1. Електронно-дірковий перехід в умовах рівноваги (при відсутності зовнішньої напруги) 95
5.1.2.Прямое включення. 97
5.1.3.Обратное включення. 98
5.2.КласСіфікація напівпровідникових діодів. 98
5.3.Вольт-амперна характеристика електроннно-діркового переходу. Випрямні, детекторні і перетворюючі діоди. 98
5.3.1.Уравненіе вольт-амперної характеристики. 98
5.3.2.Прінціп дії і призначення випрямних, детекторних і перетворювальних діодів. 100
5.4. Бар'єрна ємність. Варикапи. 101
5.5.Пробой електронно-діркового переходу. 102
5.6. Тунельний ефект в виродженим електронно-діркового переходу. Тунельні та обернені діоди. 103
6.Внутрішня фотоефект в напівпровідниках. 106
6.1.Фоторезістівний ефект. Фоторезистори. 106
6.1.1.Воздействіе випромінювання на напівпровідник. 106
5.1.2.Устройство і характеристики фоторезисторів. 107
6.2.Фотоеффект в електронно-діркового переходу. Напівпровідникові фотодіоди і фотоелементи. 108
6.2.1.Воздействіе світла на p-n-перехід. 108
7.Люмінесценція твердих тіл. 111
7.1.Віди люмінесценції. 111
7.2.Електролюмінесценція кристаллофосфоров. 112
7.2.1. Механізм світіння кристаллофосфоров. 112
7.2.2. Основні характеристики електролюмінесценції кристаллофосфоров. 113
7.2.3.Електролюмінесцентний джерело світла. 115
7.3.Інжекціонная електролюмінесценція. Пристрій і характеристики світлодіодних структур. 116
7.3.1.Вознікновеніе випромінювання в диодной структурі. 116
7.3.2.Конструкція світлодіода. 117
7.3.3.Основние характеристики світлодіодів. 117
7.3.4.Некоторие застосування світлодіодів. 118
7.4 Поняття про інжекційних лазерах. 119
8. Транзистори. 120
8.1.Назначеніе і види транзисторів. 120
8.2.Біполярние транзистори. 120
8.2.1 Структура і режими роботи біполярного транзистора 120
8.2.2.Схеми включення біполярних транзисторів. 122
8.2.3.Фізіческіе процеси в транзисторі. 122
8.3.Полевие транзистори. 124
8.3.1.Разновідності польових транзисторів. 124
8.3.2.Полевие транзистори з керуючим переходом. 125
8.3.3. Польові транзистори з ізольованим затвором. Структури МДП-транзисторів. 127
8.3.4.Прінціп дії МДП-транзисторів з індукованим каналом 128
8.3.5. МДП-транзистори з вбудованим каналом. 130
8.4. Порівняння польових транзисторів. 130
з біполярними. 130
[1] Кристалічні решітки твердих тіл є періодичні структури і є природними тривимірними дифракційними гратами.
1 - функція може бути комплексною величиною, тому. де - функція, комплексно сполучена.
* Термін "інверсія" означає звернення, перевертання.
[2]) Інжекційний ток часто називають дифузійним струмом, так як він викликаний дифузією основних носіїв заряду через що знизився потенційний бар'єр