- •Конспект лекций по курсам "микроэлектроника компьютерных систем"
- •Конспект лекций по курсам "микроэлектроника компьютерных систем"
- •1. Введение в электронику
- •1.1. Ток, напряжение, анергия и мощность в электрической цепи
- •1.2. Элементы электронных схем
- •1.3. Динамическое сопротивление
- •1.4. Источники тока и напряжения
- •1.5. Делитель напряжения
- •1.6. Теорема об эквивалентном генераторе
- •1.7. Контрольные вопросы
- •2. Сигналы. Пассивные фильтры
- •Рассмотрим более подробно синусоидальный сигнал и прохождение его через линейную электрическую цепь. Математическое выражение синусоидального сигнала имеет вид
- •2.2. Частотные характеристики.
- •2.3. Простейшие электрические фильтры
- •2.4. Контрольные вопросы
- •3. Полупроводниковые диоды
- •Выпрямительные и импульсные диоды
- •3.3. Светодиоды
- •3.4. Фотодиоды
- •3.5. Оптроны
- •3.6. Контрольные вопросы
- •4. Биполярный транзистор
- •4.1. Общие сведения. Схемы включения биполярных транзисторов
- •4.2. Характеристики биполярного транзистора
- •4.3. Модели биполярных транзисторов
- •Разлагая уравнения (4.3) и (4.4) в ряд Тейлора в окрестности рабочей точки Iб0, Iк0 и пренебрегая нелинейными членами ряда в виду их малости, получим:
- •4.4. Эффект Эрли
- •4.5. Зависимость параметров транзистора от температуры
- •4.6. Работа схемы с общим эмиттером
- •4.7. Контрольные вопросы
- •5. Полевые транзисторы
- •5.1. Классификация полевых транзисторов
- •5.2. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом
- •5.3. Моп (мдп) транзисторы
- •5.4. Контрольные вопросы
- •Список использованной литературы
5.3. Моп (мдп) транзисторы
Основой МОП (металл – оксид - полупроводник) транзистора является кремниевая подложка с проводимостью p- или n- типа (рис. 5.5). На подложке на малом расстоянии друг от друга созданы две области - истока и стока с проводимостью, противоположной проводимости материала подложки. Между стоком и истоком над поверхностью расположена металлическая пленка - затвор, изолированная от подложки тонким слоем диэлектрика - диоксида кремния SiO2. Отсюда и другие названия приборов этого класса: МДП-транзисторы или транзисторы с изолированным затвором.
Участок подложки под затвором между истоком и стоком образует проводящий канал. Работа МОП транзистора основана на изменении концентрации свободных носителей заряда в канале под влиянием электрического поля, создаваемого напряжением, приложенным между затвором и истоком. Для этих приборов характерна взаимозаменяемость стока и истока, т. е. ток в канале может протекать в обоих направлениях в зависимости от полярности напряжения, приложенного к каналу.
В зависимости от устройства канала проводимости различают МОП транзисторы со встроенным и индуцированным (наведенным) каналом. Это в равной мере относится к приборам p- и n- типа. У транзисторов со встроенным каналом канал является элементом конструкции, а у приборов с индуцированным каналом канал, как таковой, отсутствует: он наводится внешним напряжением.
Напряжение питания подают на сток и исток. У транзисторов с каналом n-типа сток должен иметь положительный потенциал относительно истока. Так как подложка образует с каналом диодное соединение, то напряжение на ней должно быть ниже напряжения проводимости. Она может быть соединена с истоком или с точкой схемы, в которой напряжение ниже, чем у истока n– канального и выше чем уp– канального МОП – транзистора. Вывод подложки в большинстве случаев соединяют с истоком.
МОП - транзисторы со встроенным каналом находят применение в аналоговой технике. В дискретной технике употребляется МОП - транзистор с индуцированным каналом.
На рис.6 изображены передаточные характеристики МОП транзисторов со встроенным и индуцированным каналами для n - и p - типов. Эти характеристики показывают зависимость тока стока (канала) транзистора от напряжения затвор - исток. Выходные характеристики МОП – транзистора подобны выходным характеристикам транзистора с управляющим p–nпереходом.
У МОП – транзистора затвор может иметь любую полярность о относительно истока; при этом тока затвора не будет, поскольку затвор гальванически не связан с цепью сток – исток.
Характеристики МОП транзистора со встроенным каналом аналогичны характеристикам транзистора с управляющим p–nпереходом.
Рассмотрим подробнее работу транзистора с индуцированным каналом n-типа. При включении транзистора напряжение на стоке должно быть одной полярности с напряжением на затворе, при котором образуется канал проводимости. Когда на затворе нулевое напряжение, ток в цепи сток - исток отсутствует, так как обе эти области электрически изолированы друг от друга. Когда к затвору транзистора приложено положительное напряжение, в слое полупроводника подложки под затвором происходит инверсия типа проводимости поверхностного слоя между истоком и стоком за счет концентрации свободных электронов.
С ростом положительного смещения на затворе наступает момент, когда концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и в материале подложки p - типа образуется тонкий инверсный слой n - типа. Этот слой становится токопроводящим каналом между n- областями истока и стока.
Напряжение затвор - исток, при котором возникает канал и в цепи сток - исток появляется ток, называется пороговым Uпор. Пороговое напряжение лежит в пределах 1,5 - 3 В.
Канал в транзисторах p- типа формируется сходным образом с той лишь разницей, что электроны и дырки меняются местами. МОП - транзисторы с наведенным каналом часто называют транзистором с обогащением.