36. Эффект поля. Мдп-транзисторы.

В полевых транзисторах с изолированным затвором поперечное электрическое поле прикладывается к металлическому электроду, отделенному от полупроводника слоем диэлектрика. Рассмотрим энергетическую диаграмму структуры металл-диэлектрик-полупроводник, сокращенно называемой МДП.

При приложении внешнего на­пряжения U₃ такой полярности, что металл заряжается положи­тельно, на границе полупроводника с диэлектриком появляется индуцированный отрицательный заряд.

При смене полярности внешнего напряжения в полупроводнике индуцируется положительный заряд, образуемый в результате оттеснения электронов от поверхности в глубь полупроводника.

В зависимости от знака и величины внешнего напряжения поверхностная проводимость может уменьшаться, увеличиваться, а также менять знак носителей заряда. Изменение поверхностной проводимости полупроводника, являющегося одной из обкладок конденсатора, при изменении напряжения на нем на­зывается «эффектом поля». Этот эффект используется в полевых транзисторах с изолированным затвором, называемых по типу структуры МДП-транзисторами.

Существует два типа МДП-транзисторов, со встроенным и инверсным каналами.

МДП-транзистор со встроенным каналом может работать при любой полярности напряжения на затворе. При положитель­ном напряжении область канала обогащается электронами и его сопротивление уменьшается, а при отрицательном – наоборот. Соответственно меняется ток между истоком и стоком.

В конструкции МДП-транзистора с инверсным каналом диффузионная область n-типа отсутствует. При отсутствии напряжения на затворе n контакты разъединены областью р-типа и ток между ними не протекает. Если напряжение на затворе по­ложительное, то концентрация дырок у поверхности уменьшается и при достаточной величине U₃ электронов у поверхности может стать больше, чем дырок, т. е. произойдет инверсия типа электро­проводности полупроводника. Вследствие этого на поверхности об­разуется канал n-типа проводимости и между истоком и стоком протекает ток. МДП-транзистор с индуцированным ка­налом работает только при одной полярности напряжения на за­творе в отличие от транзистора со встроенным каналом.

Выходные характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа

Подложка, на которой изготавливается МДП-транзистор, име­ет противоположный каналу тип проводности. При подаче на нее обратного смещения она действует как затвор в полевом транзисторе с р-n-переходом. Изменяя постоян­ное напряжение на подложке, можно менять начальную ширину капала, а следовательно, сдвигать напряжение отсечки металли­ческого затвора.

Задачи

Через пластину кремния с уд. сопр. ρ=0,01 Ом*м протекает эл. ток j=10 мА/мм². Подвижность электронов μ_n=0,14 м²/Вс, дырок μ_p=0,05 м²/Вс. Найти и .

Решение

№3

Ур. Ферми в полупроводнике находится на 0,3 эВ ниже ЗП. Какова вероятность того, что при комн. температуре энерг. уровни, расположенные на 3kT выше дна ЗП заполнены электронами?

E_c – F = 0,3 эВ

Т = 300k

E – E_c = 3kT

f_n – ?

(kT = 0,026 эВ)