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 акцепторовпотенциал инверсиии (2.9) примет вид

.

Здесь – заряд подвижных носителей в канале, а– заряд акцепторов:

где – ширина ОПЗ под инверсным каналом,– диэлектрическая проницаемость кремния в отличие отдля.

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.

2.12. Вольт-амперная характеристика мдп транзистора

Выражение для дрейфового тока стока может быть получено интегрированием исходного равенства

в пределах от на истоке придона стоке при– длина канала,– ширина канала. В таком выражении– часть поверхностного потенциала, создаваемая стоковым напряжением. Стоковый потенциал создает тянущее поле для электронов и одновременно уменьшает заряд электронов вдоль канала тем, что увеличивает потенциал канала и поэтому уменьшает напряжение между затвором и каналом. Кроме этого, потенциал канала увеличивает заряд акцепторов под каналом.

, .

Используя понятие линейного коэффициента влияния подложки , имеем

,

здесь определяется уже выражением (2.12). Интегрирование дает в крутой области

(2.13)

Граница крутой и пологой областей, когда вблизи стока

и в пологой области

, (2.14)

удельная крутизна

Подложка действует вполне аналогично затвору в полевом транзисторе с управляющим p-nпереходом. Обратное напряжение на переходе исток-подложкарасширяет ОПЗ под каналом и подзапирает канал, индуцированный полем основного, изолированного затвора.

На рис. 26 показаны типичные вольтамперные характеристики МОП транзистора в крутой и пологой областях.

2.13. Конструктивные разновидности мдп транзисторов

За сорокалетие развития технологии МДП схем конструкции и технология МДП транзисторов претерпели существенные изменения. Сформировались несколько самостоятельных научно-технических направлений разработки и применения МДП транзисторов. Среди них:

• Мощные транзисторы,

• Элементы сверхбольших интегральных схем,

• Элементы запоминающих устройств.

Некоторые конструктивно-технологические направления требуют хотя бы краткого обсуждения, поскольку они представляют общетехнический интерес.

Рис. 26. Типичные ВАХ МОП транзистора в крутой и пологой областях

Параметры транзистора: = 0.1 мА/В², = 0.7 В,= 0.5 В,

= 0.3.

2.13.1. Мощные моп транзисторы

Мощные МОП транзисторы составляют отдельное направление силовой полупроводниковой электроники. На рис.27 представлена структура мощного вертикального IGBJтранзистора, который представляет собой объединение входного транзистора с изолированным затвором и выходного биполярного транзистора, ток истока входного транзистора подается в базу мощного выходного транзистора. Малая длина канала, большая крутизна и ток сочетаются с большим допустимым напряжением на коллекторе и стоке, т.к. область обеднения распространяется в слаболегированнуюn–область и большое напряжение на стоке не вызывает смыкания канала и лавинного пробоя.

Рис. 27. Структура и эквивалентная схема IGBJ транзистора

E, S - эмиттер BJ и исток IG транзистора; C, D - коллектор BJ и сток IG транзистора; G – затвор IG транзистора.