ЛЕКЦИЯ 13. МОП-ТРАНЗИСТОРЫ

П л а н л е к ц и и

13.1. Структура и принцип действия МОП-транзистора.

13.1. СтруктураипринципдействияМОП-транзистора.

Как уже отмечалось, еще в 1926 г. была высказана идея устройства, аналогичного полевому транзистору, со структурой металл–окисел– полупроводник (МОП-транзистор).

Исток

Затвор

Сток

диэлектрик

n+	n-канал	n+
	Подложка p+

Рис. 13.1. Структура МОП-транзистора со встроенным n-каналом

По технологическим причинам реализовать эту идею в те годы не удалось. В 1960 г. ученые М. Аталла и Каланг предложили наносить на поверхность подложки из кремния тонкую пленку оксида кремния (SiO2), которая позволяет уменьшить плотность поверхностных состояний на границе раздела Si–SiO2. А в 1963 г. С. Хофштейн и Ф. Хайман создали МОП-транзистор, работающий в режимах объединения и обогащения.

Устройство полевого МОП-транзистора показано на рис. 13.1. Его называют также МДП-транзистором (от слов «металл», «диэлектрик», «полупроводник»), так как диэлектриком для кремния служит двуокись кремния SiO2.

МОП-транзистор с n-каналом, который называется встроенным, может работать в режимах обеднения и обогащения. Эти режимы работы показывают выходные и передаточные характеристики (рис. 13.2, а, б).

Если при Uзи = 0 между стоком и истоком приложить напряжение, то через канал потечет ток, представляющий собой поток электронов. При подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока в канале создается поперечное электрическое поле, выталкивающее из канала электроны проводимости. Чем больше это напряжение, тем меньше ток. Этот режим транзистора называют режимом обеднения.

 Электроника. Конспект лекций

-138-

ЛЕКЦИЯ 13. МОП-ТРАНЗИСТОРЫ

13.1. Структура и принцип действия МОП-транзистора.

Ic, мА

10

+4 В	Ic, мА
+2 В	10

		Uзи = 0 В			Uси = const
5		–2 В	5
			Iс.нач
		–4 В	Uотс

0	5	10	15	Uси, В	-4	0	4 Uзи, В
	а					б

Рис. 13.2. Выходные (а) и передаточные (б) характеристики МОП-транзистора со встроенным каналом

Если же подавать на затвор положительное смещение, то под действием электрического поля из областей истока и стока, а также из подложки в канал будут приходить дополнительные электроны и ток стока возрастет. Этот режим называют режимом обогащения.

Другим типом МОП-транзистора является транзистор с индуцированным каналом (рис. 13.3). От транзистора со встроенным каналом он отличается тем, что канал возникает только при приложении на затвор напряжения определенной полярности.

Его выходные и передаточные вольт-амперные характеристики показаны на рис. 13.4, а, б.

Исток		Затвор			Сток

n+	n-канал	n+
	p-подложка

Рис. 13.3. Структура МОП-транзистора

с индуцированным n-каналом

 Электроника. Конспект лекций

-139-

		ЛЕКЦИЯ 13.	МОП-ТРАНЗИСТОРЫ
		13.1. Структура и принцип действия МОП-транзистора.
		Ic , мА	10 В			Ic, мА
10			8 В	10		Uси	= const
			6 В
5			4 В	5
			Uзи = 2 В			Uпор

0	5	10
		а

15	Uси, В	0	2	4 Uзи, В
			б

Рис. 13.4. Выходные (а) и передаточные (б) характеристики МОП-транзистора с индуцированным каналом n-типа

При отсутствии напряжения канала нет, между истоком и стоком расположен только кристалл p-типа и на одном из p–n+-переходов действует обратное напряжение. Если подать на затвор положительное напряжение, то под влиянием электрического поля электроны проводимости будут перемещаться из областей истока и стока и из подложки к затвору.

Когда напряжение затвора превысит некоторое пороговое значение Uпор (единицы вольт), то в приповерхностном слое концентрация электронов превысит концентрацию дырок, произойдет так называемая инверсия типа электропроводности, т. е. образуется тонкий канал n-типа и транзистор начнет проводить ток. Таким образом, подобный транзистор может работать только в режиме обогащения. Поскольку входной ток МОП-транзисторов ничтожно мал, а выходной ток может быть большим, то получается значительное усиление по мощности.

Основные параметры МОП-транзисторов аналогичны параметрам полевых транзисторов с управляющим p–n-переходом.

 Электроника. Конспект лекций

-140-