Транзисторы с изолированным затвором

У стройство и принцип действия транзистора с изолированным

затвором

В 1962 г были разработаны полевые транзисторы, у которых затвор изолирован пленкой высокоомного диэлектрика, а роль канала играет тонкий слой с противоположным типом электропроводности, находящийся на поверхности по­лупроводника. Подобные приборы, как указывалось, называют транзисторами с изолированным затвором, а также МДП- или МОП-транзисторами. Первая аббревиатура характеризует структуру области затвора: металл — диэлектрик — полупроводник, вторая, кроме того, конкретизирует вид диэлектрика: металл— окисел — полупроводник.

Устройство транзистора с изолированным затвором показано на рис. 7.8. Затвор представляет собой тонкую пленку алюминия, нанесенную напылением на поверхность высококачественного диэлектрика— окисла кремния SiO₂. Исток и сток выполнены в виде сильно легированных р-областей в подложке — полупроводниковой пластинке n-типа.

При отсутствии напряжения на затворе сопротивление между истоком и стоком, определяемое двумя включенными навстречу друг другу р-n-переходами, оказывается очень высоким. Если же подать на затвор достаточно большое отрицательное напряжение, то в полупроводнике возникнет сильное электрическое поле, которое, «вытягивая» дырки из р⁺-областей и в какой-то мере из подложки, существенно увеличивает концентрацию дырок в тонком приповерхностном слое n-кремния на границе с диэлектриком и в результате изменяет тип его электропроводности на противоположный. Этот тонкий слой р-типа, называемый каналом, соединяет р⁺-области истока и стока. От n-области подложки канал изолирован значительным по толщине обедненным слоем, возникающим под действием поля затвора, удаляющего электроны в глубь подложки.

С повышением отрицательного напряжения затвора концентрация дырок в канале и его проводимость возрастают, чем и обеспечивается управление выходным током транзистора. При этом ток в цепи затвора транзистора оказывается очень небольшим, так как сопротивление изоляции затвора достигает 10¹⁵ Ом.

Рассмотренные приборы называют транзисторами с индуцированным каналом (транзисторами обогащенного типа). Как правило, их изготовляют на подложке n-типа, т. е. с р-каналом. В транзисторе с подложкой р-типа вследствие влияния зарядов поверхностных состояний подложки, зарядов в диэлектрике, а также контактной разности потенциалов обычно образуется собственный n-канал и без воздействия внешнего поля.

Канал может быть образован также созданным на поверхности подложки тонким слоем полупроводника с противоположным типом электропроводности; такие приборы носят название МДП-траизисторов с встроенным каналом. Они работают не только в режиме обогащения канала (при положительном для n-канала напряжении затвора), но и в режиме обеднения (при отрицательном напряжении затвора). В связи с этим их иногда называют транзисторами обедненного типа.

Транзисторы с изолированным затвором изготовляют планарным методом, при этом выбирают примерно следующие конструктивные данные: длину канала l=2÷10 мкм, ширину канала ω=100÷5000 мкм, толщину изолирующего слоя затвора δ=0,1÷0,2 мкм. Толщина канала, определяемая глубиной проникновения поля в полупроводник, обычно равна 0,1—0,2 мкм. Толщина обедненного слоя составляет единицы микрометра. Заглубление n⁺-областей лежит в пределах 5 мкм. Концентрация примеси в подложке N≈10¹⁵см^-3.