Рис 1. Структура n-канального мдп-транзистора с индуцированным каналом.
В основе МДП-транзисторов лежит электрическое поле. Наибольшее распространение получили МДП-транзисторы с индуцированным каналом. В транзисторах этого типа канал изначально отсутствует при Uз=0, но при приложении некоторогоUпорог канал индуцируется: в поверхностном слое тип носителей инвертируется и происходит обогащение. Транзисторы такого типа работают только в режиме обогащения. При этом полезность напряжения на затворе должна соответствовать знаку заряда основных носителей в подложке.
В настоящее время известны МДП-транзисторы, изготовленные на различных полупроводниковых материалах (Ge,Si,Ga,As) с использованием различных диэлектрических слоёв (SiO2,Si3N4,Al2O3, и т.д.).
В дальнейшем все напряжения будем отсчитывать от потенциала истока (т.е. считать его заземлённым).
Когда напряжение на затворе отсутствует, электрическая цепь исток-сток представляет собой два p-n–перехода включённых на встречу друг другу. При этом в ней может протекать очень малый ток, равный току утечки обратно смещенного p-n+перехода. Если же к затвору приложено достаточно большое положительное напряжение, то у границы с диэлектриком образуется инверсионный слой или канал, соединяющийn-области стока и истока. Проводимость этого канала модулируется при изменении напряжения на затворе. Тыловой контакт от подложки может находиться либо под тем же опорным потенциалом, что и исток, либо под напряжением, соответствующим обратному смещениюp-n+–перехода исток-подложка. Напряжение обратного смещения подложки также влияет на проводимость инверсионного канала.
Топология.
Основным этапом проектирования топологического чертежа интегральной схемы является разработка топологии отдельных компонентов. Топология МДП - транзистора определяется шириной канала Z, она не велика по сравнению с длиной каналаL, т.е.Z/L<10, то используется линейная конфигурация областей истока, стока и затвора. ЕслиZ/L>10, то в целях создания компактной структуры, затвор рекомендуется выполнять в виде меандра, а области истока и стока тогда будут иметьгребенчатую конфигурацию. Типичная топология МДП-транзистора приведена на (рис.2) . Разрез А-А такого транзистора показан на рис.1. Контуры 2 образуют окна в разделительном слое 8 (рис. 1), определяющиеместа расположения транзисторов. Контур 1 представляет собой топологию поликремневого затвора 6.В общем случае диффузионные области истока 1 и стока 2 (рис. 1),отмеченные на (рис.2) цифрой 6, могут проникать под область затвора, образуя области перекрытия 3. Контуры 4 представляют собой контактные отверстия в окисле для вывода металлических контактов 5 к соединениям схемы.
5 1 5
2
L
А А
44 4
4 5
Рис.2 Топологический чертеж МДП-транзистора.
Выходные вах.
Сублинейность крутых частей зависимостей Ic=f(Uси) при Uзи=const для МДП-транзистора с индуцированным каналом (рисунок 3) объясняется уменьшением толщины канала около стока при увеличении напряжения на стоке и неизменном напряжении на затворе, так как на сток и на затвор подаются потенциалы одного знака относительно истока. Следовательно, разность потенциалов между стоком и затвором или между затвором и прилегающей к стоку частью канала уменьшается. Другими словами, из-за прохождения по каналу тока стока получается неэквипотенциальность канала по его длине. Поэтому при увеличении тока стока происходит уменьшение поперечного сечения канала около стока.
Рис3. Семейство выходных характеристик.
При напряжении насыщения Uси нас происходит перекрытие канала около стока и дальнейшее увеличение напряжения на стоке вызывает очень малое увеличение тока стока.
Сублинейный характер зависимостей Ic=f(Uси) вызван также эффектом насыщения дрейфовой скорости носителей заряда или уменьшением их подвижности в сильных полях.
При увеличении напряжения на затворе (по абсолютному значению) выходные статические характеристики смещаются в область больших токов стока.
При больших напряжениях на стоке может быть два вида пробоя: пробой p-n перехода под стоком и пробой диэлектрика под затвором.
Пробой p-nперехода обычно имеет лавинный характер, так как МДП-транзисторы изготовляют обычно на кремнии. При этом на пробивное напряжение Uси проб может влиять напряжение на затворе: так как на сток и на затвор МДП-транзистора с индуцированным каналом подаются потенциалы одной полярности, то с увеличением напряжения на затворе будет увеличиваться Uси проб.
Пробой диэлектрика под затвором может происходить при напряжении на затворе всего в несколько десятков вольт, так как толщина слоя диоксида кремния около 0,1 мкм. Пробой обычно имеет тепловой характер. Этот вид пробоя может возникать в результате накопления статических зарядов, так как входное сопротивление МДП-транзисторов велико. Для исключения возможности такого вида пробоя вход МДП-транзистора часто защищают стабилитроном, ограничивающим напряжение на затворе.