Министерство образования Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра ПП и МЭ

Курсовая работа по дисциплине: «Элементные базы электроники»

Расчет параметров полевого транзистора с управляющим

p-n-переходом

вариант 5

Выполнил: Левин А.А.

Факультет: РЭФ

Группа: РМС7-11

Проверил: Макаров Е.А.

Дата защиты: « » 2013г.

Отметка о защите:

Новосибирск, 2013

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине: «Твердотельная электроника»

на тему: Расчет параметров полевого транзистора с управляющим

p-n-переходом

Автор: Левин Алексей Александрович

Специальность: 210100 Электроника и микроэлектроника

Факультет: РЭФ группа: РМС7-11

Руководитель ________________________ Макаров Е.А.

подпись, дата

Работа защищена ____________________ Оценка_______________________

дата

г. Новосибирск, 2013 г.

Теоретические сведения: Структура и принцип действия

Полевой транзистор — это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающих через проводящий канал и управляемый электрическим полем.

Полевой транзистор с управляющим переходом — это полевой транзистор, управление потоком основных носителей в котором, происходит с помощью выпрямляющего перехода, смещенного в обратном направлении. Ток канала управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и истоком, и который предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.

Однако наиболее распространены пока полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом в кристаллах кремния. Полевой транзистор с управляющим р-n-переходом имеет два омических контакта к области полупроводника, по которым проходит регулируемый поток основных носителей заряда, и один или два управляющих р-n-перехода смещенных в обратном направлении. При изменении обратного напряжения на управляющем р-n-переходе изменяется его толщина (толщина ОПЗ), а, следовательно, толщина области по которой проходит управляемый поток основных носителей. Область в полупроводнике, в которой регулируется поток основных носителей заряда, называют проводящим каналом. Электрод полевого транзистора, через который в проводящий канал входят носители заряда, называютистоком. Электрод полевого транзистора, через который из канала выходят носители заряда называютстоком.Электрод полевого транзистора, на который подают сигнал, называют затвором.

Рис. 1 Физическая структура полевого транзистора с управляющим p-n переходом

S – исток (source),

L – длина канала

G – затвор (gate)

d – толщина эпитаксиальной пленки,

X_G– глубина залегания управляющего p-n перехода затвора.

do – технологическая толщина канала

D – сток (drain)

На подложке (1) р-типа создаетсяэпитаксиальный слой (2)n-типа (рис. 2). Методом диффузии формируются областизатвора (4)р+-типа,истока (3)истока (5) n+-типа, к которым создаются выводы.Каналомявляется слойn-типа(6), заключенный между областью затвора 4 и подложкой 1. Области 4 и 6 образуют управляющийp-n-переход. При работе транзистора он должен быть включен в обратном направлении, что соответствует отрицательным напряжениямUзи. На сток относительно истока подается положительное напряжение:p-n-переход между эпитаксиальным слоем 2n-типа (частью которого является канал 6) и подложкой должен быть также смещен в обратном направлении, поэтому к подложкеотносительно истока должно быть приложено отрицательное напряжение. С помощью напряжения на подложке можно изменять параметры транзистора. Иногда подложка используется как второй затвор. В некоторых транзисторах подложка не имеет отдельного вывода и соединяется с затвором.Важнейшие параметры структуры— длина каналаL, равная длине затвора, технологическая толщина каналаdo, равная расстоянию между металлургическими границами двух р-n-переходов, и ширина — размер в направлении, перпендикулярном чертежу.

Рис. 2 Структурная схема полевого транзистора с управляющим p-n переходом (с n-каналом)

Рассмотрим работу транзистора на примере трех рисунков.

При подаче запирающего (обратного) напряжения на p-n-переход, между затвором и каналом на границах канала возникает равномерный слой (Рис. 3), обедненный носителями зарядов и обладающий высоким удельным сопротивлением. Это приводит к уменьшению проводящей ширины канала.

Рис. 3 Формирование равномерного обедненного слоя в транзисторе с управляющим p-n-переходом при подаче запирающего напряжения

Напряжение, приложенное между стоком и истоком, приводит к появлению неравномерного обедненного слоя (рис.4), так как разность потенциалов между затвором и каналом увеличивается в направлении от истока к стоку и наименьшее сечение канала расположено вблизи стока.

Рис.4 Формирование неравномерного обедненного слоя в транзисторе с управляющим p-n-переходом при подаче напряжения

Если одновременно подать напряжения (рис. 5), то толщина обедненного слоя, а следовательно и минимальное сечение канала будут определяться действием этих двух напряжений. Когда суммарное напряжение достигнет значения напряжения запирания:, обедненные области смыкаются и сопротивление канала резко возрастает.

Рис. 5 Формирование неравномерного обедненного слоя в транзисторе с управляющим p-n-переходом при подаче напряжений