- •Компонентная база радиоэлектронных средств
- •Компонентная база радиоэлектронных средств. Методические указания к лабораторным работам/ – Одесса: Одесская национальная морская академия, 2010. – 113 с.
- •Введение
- •Лабораторная работа №1
- •Теоретические знания
- •Классификация резисторов
- •Параметры постоянных резисторов
- •Обозначение и маркировка постоянных резисторов
- •Р 1-4-0,5-10 кОм ± 1% а-б-в ожо.467.157ту
- •4. Основные конструкции постоянных резисторов
- •Методика расчета резистивного делителя напряжения
- •Контрольные вопросы
- •Теоретические знания
- •Классификация конденсаторов
- •Параметры постоянных конденсаторов
- •3 Система условных обозначений конденсаторов
- •4 Основные конструкции конденсаторов постоянной емкости
- •5 Характеристика и использование некоторых типов конденсаторов постоянной емкости
- •6 Частотные rc-фильтры
- •6.1 Rc-фильтр высоких частот
- •6.2 Rc-фильтр низких частот
- •Контрольные вопросы
- •Теоретические знания
- •2 Дроссели высокой частоты
- •3 Трансформаторы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 исследование полупроводниковых диодов
- •Лабораторная схема
- •Задание к лабораторной работе
- •Теоретические знания
- •Образование электронно-дырочного перехода
- •Вольтамперная характеристика р-п перехода
- •Полупроводниковые диоды
- •Влияние внешних факторов на вах реальных диодов
- •3.2 Классификация диодов
- •Параметры и применение исследуемых типов диодов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Исследование статических параметров биполярных транзисторов
- •Лабораторные схемы
- •Домашнее задание
- •Задание к лабораторной работе
- •Теоретические знания
- •1 Структура и основные режимы работы биполярного транзистора
- •2 Работа транзистора в активном режиме
- •3 Сравнение различных схем включения транзистора
- •4 Модель Эберса-Молла
- •5 Малосигнальные параметры биполярного транзистора
- •6 Статические характеристики биполярного транзистора
- •7 Работа транзистора в импульсном режиме
- •8 Основные параметры биполярных транзисторов
- •9 Классификация биполярных транзисторов
- •10 Система обозначений биполярных транзисторов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 Исследование статических параметров униполярных транзисторов
- •Лабораторные схемы
- •Домашнее задание
- •Задание к лабораторной работе
- •Теоретические знания
- •1 Структура и принцип работы униполярного транзистора с управляющим р-п переходом
- •2 Структура и принцип работы униполярного транзистора с изолированным затвором
- •4 Малосигнальные параметры униполярных транзисторов
- •5 Основные схемы включения униполярных транзисторов и особенности их применения
- •6 Основные параметры униполярных транзисторов
- •7 Классификация униполярных транзисторов
- •8 Система обозначений униполярных транзисторов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 исследование топологии толстопленочных интегральных микросхем
- •Лабораторная схема
- •Домашнее задание
- •Задание к лабораторной работе
- •Теоретические знания
- •Основные определения
- •Классификация интегральных микросхем
- •Корпуса и маркировка имс
- •Изготовление и проектирование толстопленочных имс
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Содержание
- •Компонентна база радіоелектроних засобів
- •65029, М. Одеса, вул. Дідріхсона, 8
- •Publish@ma.Odessa.Ua
2 Структура и принцип работы униполярного транзистора с изолированным затвором
Униполярный транзистор, имеющий один или несколько затворов, изолированных от проводящего канала называется униполярным транзисторов с изолированным затвором.
Взависимости от используемого подзатворного окисла такие транзисторы называют МДП-транзисторами (металл – диэлектрик – полупроводник) или МОП- транзисторами (металл – окисел – полупроводник). МДП-транзисторы в настоящее время являются основными типами транзисторов в сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Они находят широкое применение также в мощных ключевых схемах.
Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным (наведенным) и встроенным каналом.
В МДП-транзисторах с индуцированным каналом, проводящий канал между сильно легированными областями истока и стока, а значит и заметный ток стока, появляется только при определенной полярности и при определенном значении напряжения на затворе относительно истока, которое называют пороговым напряжением. При этом проводящий канал возникает за счет проникновения электрического поля через диэлектрический слой в полупроводник (рис.6.5 а).
В МДП-транзисторах с встроенным каналом, проводящий канал между сильно легированными областями истока и стока создан технологически путем локальной диффузии или ионной имплантации примесей, поэтому током стока можно управлять при изменении напряжения как положительной, так и отрицательной полярности (рис.6.5 б).
МДП-транзистор с индуцированным каналом.
Принцип действия такого транзистора рассмотрим на основе структуры, приведенной на рис.6.5 а. Он основан на использовании внешнего электрического поля, под действием которого изменяются значение и тип электропроводности области полупроводника вблизи границы раздела окисел-полупроводник (рис.6.6). Если к металлическому электроду 1 приложить отрицательный относительно нижнего полупроводникового электрода 4 потенциал, то основные носители, имеющие положительный заряд, будут перемещаться из объема полупроводника р-типа проводимости в приповерхностный слой, и вблизи поверхности полупроводника образуется слой 3 с повышенной концентрацией дырок (рис.6.6 а). Такой режим называютрежимом обогащения поверхности основными носителями заряда.
Если к металлическому электроду 1 приложить положительный относительно нижнего полупроводникового электрода 4 потенциал, то основные носители, имеющие положительный заряд, будут перемещаться из поверхностных слоев в объем полупроводника р-типа проводимости, и вблизи поверхности полупроводника образуется слой 3 с пониженной концентрацией дырок (рис.6.6 б). Такой режим называют режимом обеднения поверхности основными носителями заряда.
Таким образом, изменяя потенциал металлического электрода (затвора), можно изменять значение и тип электропроводности полупроводника вблизи его границы раздела со слоем диэлектрика.
При отсутствии напряжения на затворе или при отрицательном напряжении на затворе относительно истока электрическая цепь представляет собой два п+-р перехода включенных встречно друг другу (рис.6.5 а). Поэтому при любой полярности напряжения исток – сток один из переходов смещается в обратном направлении, и в выходной цепи будет протекать очень малый ток обратно смещенного перехода.
Если к затвору приложен достаточно большой положительный потенциал, то под затворным диэлектриком образуется обедненный слой, содержащий повышенную концентрацию электронов (см.рис.6.6 а), и возникает индуцированный п+-канал, соединяющий области истока и стока. Напряжение на затворе, при котором возникает проводящий канал, называется пороговым напряжением UЗИпор. С изменением напряжения на затворе изменяется концентрация носителей заряда в проводящем канале, а также и толщина или поперечное сечение канала, т.е. происходит модуляция сопротивления проводящего канала. При изменении сопротивления проводящего канала изменяется и ток стока.
Характер семейства выходных характеристик для МДП-транзистора с изолированным каналом аналогичен характеру таких же зависимостей полевого транзистора с управляющим р-п переходом (рис.6.7 а). Сублинейность крутых частей выходных характеристик объясняется уменьшением толщины канала около стока при увеличении напряжения на стоке и неизменном напряжении на затворе, т.к. 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 возникает неэвипотенциальность канала по его длине (см. рис.6.5 а кривые 1-3).
При напряжении насыщения происходит перекрытие канала около стока и дальнейшее увеличение напряжения на стоке вызывает очень малое увеличение тока стока.
При увеличении напряжения на затворе выходные статические характеристики смещаются в область больших токов стока.
В случае семейства передаточных характеристикхарактеристики при разных напряжениях на стоке выходят из одной точки на оси абсцисс, соответствующей пороговому напряжению на затвореUЗИпор (рис.6.7 б).
МДП-транзистор со встроенным каналом.
Принцип действия такого транзистора рассмотрим на основе структуры, приведенной на рис.6.5 б. В таком транзисторе под затвором создается проводящий канал путем диффузии или ионной имплантации соответствующей примеси.
В такой структуре модуляция сопротивления переходного канала может происходить при изменении напряжения на затворе как положительной, так и отрицательной полярности. Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: режиме обогащения проводящего канала и в режиме обеднения проводящего канала. При положительном напряжении затвора проводящий канал работает в режиме обеднения, когда в проводящем канале возникает избыток электронов и проводимость канала увеличивается. При отрицательном напряжении на затворе в проводящем канале возникает избыток дырок (режим обогащения) и проводимость канала уменьшается.
Эта особенность МДП-транзистора со встроенным каналом отражается на выходных статических характеристиках (рис.6.8 а). Если напряжение на затворе равно нулю, то проводящий канал имеет определенное статическое сопротивление и через него протекает ток стока определенной величиныIСТпокоя. При положительном напряжении на затворе канал обогащается электронами, и ток стока возрастает. При отрицательном напряжении на затворе канал обедняется электронами, и ток стока уменьшается. При некотором отрицательном напряжении на затворе, которое называется напряжением отсечки UЗИотс, ток стока уменьшается до нуля. Это хорошо видно на передаточной характеристике (рис.6.8 б).