Полевые транзисторы со структурой МДП Выполнили: Водакова В.Ю Семаков Н.В гр.21306

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. Полевой транзистор

Виды полевых транзисторов

канал VGVG V DS V SS Структура полевого транзистора

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.

Напряжение на затворе V G, при котором формируется инверсионный канал, - это пороговое напряжение V T. Изменяя V G при V G >V T можно менять концентрацию свободных носителей в канале и модулировать сопротивление R i. Ток в цепи «исток – канал – сток» обусловлен только одним типом носителей. Таким образом МДП – действительно униполярная структура. V G >V T V DS O Инверсионный канал

j(x,y,z)=q·µ n ·n(z) ·dV/dy После интегрирования от O до по x и z: I DS =W·µ n · dV/dy·q·n(z) ·dz= W·µ n · Q n · dV/dy Знаем: Q m =Q ox +Q n +Q B Qm=Cox· Vox V GS – φ ms = Vox+ψ s = Vox+ψ s0 +V(y) Qn=C ox [V GS – φ ms – ψ s0 +V(y)] – Q ox – Q B V T V GS (ψ s =2φ 0, V DS =0) и Qn (V DS =0)=0 Тогда: V T = φ ms + 2φ 0 + Q ox /C ox – Q B /C ox И в итоге: Q n =C ox [V GS – V T – V(y)] Интегрируем вдоль канала и получаем ВАХ в области плавного канала: I DS =W/L·µ n ·C ox · [ (V GS – V T ) ·V DS – V 2 DS /2 ] ВАХ области плавного канала

По мере роста напряжения исток-сток V DS в канале может наступить такой момент, что произойдет смыкание канала – в некоторой точке заряд электронов станет равным нулю. Q n =C ox [V GS – V T – V(y)] =>V(y)=V GS – V T =V* DS V G >V T V DS =V* DS V SS =O 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 истиннойL=L-L

V GS >V T V DS >V* DS V SS =O Если V DS = V* DS, то в I DS =W/L·µ n ·C ox · [ (V GS – V T ) ·V* DS – V* 2 DS /2 ] Получим ВАХ в области отсечки: I DS =W/2L·µ n ·C ox ·(V GS – V T ) 2 I DS ~V GS – переходная характеристика транзистора I DS ~V DS – проходная характеристика транзистора Область отсечки ток стока

При значительных напряжениях V DS 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 I DS. Величина падения напряжения на участке от стока до точки отсечки составит: V( L)=V DS – V* DS = V DS – (V GS – V T ) Пунктир – ВАХ с учетом модуляции Сплошная – ВАХ без учета модуляции Длина канала составит: Модуляция длины канала

Пусть I DS это ток в канале при V DS > V* DS Пусть I 0 DS это ток в канале при V DS =V* DS =V GS – V T Тогда I 0 DS ·L= I DS ·(L – L) ВАХ примет вид: Эффект модуляции канала аналогичен эффекту модуляции ширины базы (эф. Эрли) для биполярных транзисторов. I DS ~ (V G ) 2 экстраполяция прямолинейного участка в сторону 0 дает пороговое напряжение V T. ВАХ с учетом модуляции канала

Ячейка памяти на основе МДП- транзистора 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 МДП- транзистора меньше электронов, то я чейка хранит логическую «1» Если заряд больше , то «0»