- •31). Влияние тока управления на вах тиристора
- •32) Дополняющие транзисторные пары
- •33). Принцип действия пт с управляющим р-n-переходом.
- •34) Крутизна и напряжение отсечки пт.
- •35. Свойства мдп структур и пороговое напряжение мдп транзистора. Устройство мдп структур и их энергетическая диаграмма
- •2.11. Пороговое напряжение мдп транзистора
35. Свойства мдп структур и пороговое напряжение мдп транзистора. Устройство мдп структур и их энергетическая диаграмма
Структуры металл-диэлектрик-полупроводник, или сокращенно МДП структуры
МДП структура представляет собой монокристаллическую пластину полупроводника, называемую подложкой, закрытую с планарной стороны диэлектриком. Металлический электрод, нанесенный на диэлектрик, носит название затвора, а сам диэлектрик называется подзатворным. На обратную непланарную сторону полупроводниковой пластины наносится металлический электрод, называющийся омическим контактом. Довольно часто в качестве диэлектрика в МДП структурах используют окислы, поэтому вместо МДП употребляется название МОП структура.
Итак МДП структура, приведенная на рисунке, состоит из затвора, подзатворного диэлектрика, полупроводниковой подложки и омического контакта. Рассмотрим зонную энергетическую диаграмму МДП структуры при равновесных условиях. Согласно правилу построения зонных диаграмм необходимо, чтобы в системе при отсутствии приложенного напряжения а) уровень вакуума был непрерывен; б) электронное сродство диэлектрика и полупроводника в каждой точке было постоянно; в) уровень Ферми был одинаков.
Под идеальной МДП структурой понимают такую систему металл-диэлектрик-полупроводник, когда: - отсутствуют поверхностные состояния на границе раздела полупроводник-диэлектрик, - термодинамическая работа выхода металла затвора и полупроводника подложки равны между собой, - отсутствуют заряженные центры в объеме подзатворного диэлектика, - сопротивление подзатворного диэлектрика бесконечно велико, так что сквозной ток через него отсутствует при любых напряжениях на затворе. МДП структуры, близкие к идеальным, получают используя "хлорную" технологию термического выращивания двуокиси кремния на кремнии, причем для n-Si в качестве материала затвора используется алюминий, а для p-Si используется золото. МДП структуры, в которых нарушается одно из вышеперечисленных требований получили название реальных МДП структур, рассмотрение свойств которых далее и приводится.
2.11. Пороговое напряжение мдп транзистора
Пороговым напряжением МДП транзистора называется такое напряжение на затворе, при котором концентрация подвижных носителей, индуцированных в инверсном канале под затвором, равна концентрации примеси в подложке. Принимается, что проводимость в индуцированном канале появляется после того, как потенциал на поверхности достигнет потенциала инверсии. Для n-канального транзистора на p-подложке с концентрацией акцепторов потенциал инверсии и (2.9) примет вид
.
Здесь – заряд подвижных носителей в канале, а – заряд акцепторов:
где – ширина ОПЗ под инверсным каналом, – диэлектрическая проницаемость кремния в отличие от для .
Обычно пренебрегают зависимостью заряда поверхностных состояний от поверхностного потенциала, считая, что этот заряд уже учтен в напряжении плоских зон. Используя (17) с , можно получить
.
Пороговое напряжение
(2.11)
Линейная зависимость описывается емкостью подложки
, где - ширина ОПЗ в подложке
(2.12)
- линейный коэффициент влияния подложки.
Ток стока имеет слабую зависимость от напряжения сток–исток, поэтому передаточная характеристика изображена в виде одной кри- вой, исходящей из точки UЗИ = Uотс. Это напряжение называется на- пряжением отсечки, при достижении которого транзистор полностью закрыт. По мере уменьшения отрицательного напряжения на затворе ток стока увеличивается в соответствии с уравнением , (3.1) где I0 – ток насыщения транзистора при UЗИ = 0. 2 ЗИ C 0 отс 1 U I I U