Переходные характеристики МДП транзистора Разгуляев О. А.

МДП транзистор §Полевой транзистор с изолированным затвором - это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. Полевой транзистор с изолированным затвором состоит из пластины полупроводника (подложки) с относительно высоким удельным сопротивлением, в которой созданы две области с противоположным типом электропроводности). На эти области нанесены металлические электроды - исток и сток. Поверхность полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем диэлектрика (обычно слоем оксида кремния). На слой диэлектрика нанесен металлический электрод - затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП- транзисторами или МОП- транзисторами (металл - оксид- полупроводник).

Физическая основа МДП-транзистора §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. Такому состоянию соответствует большое по величине напряжение на затворе, соответствующее значительным изгибам зон и вызывающее обогащение поверхности неосновными носителями заряда (для n-типа, VG

Зонная диаграмма МДП-структуры: обогащение обеднение слабая инверсия

Эффект смещения подложки §При приложении напряжения между истоком и подложкой при условии наличия инверсионного канала падает это напряжение падает на обедненную область индуцированного p-n перехода. В этом случае при прямом его смещении будут наблюдаться значительные токи, соответствующие прямым токам p-n перехода. При попадании таких токов в сток транзистор прекращает работу. Поэтому используется только напряжение подложки противоположного знака по сравнению с напряжением стока. §При приложении напряжения канал-подложка происходит расширение ОПЗ и увеличение заряда ионизованных акцепторов:

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:

Поскольку смещение подложки приводит только к изменению порогового напряжения VT, то переходные характеристики МДП-транзистора при различных напряжениях подложки VSS смещаются параллельно друг другу. Переходные характеристики МДП-транзистора при нулевом и -10В напряжении канал-подложка: