Краткие сведения по полевым транзисторам с изолированным затвором и индуцированным каналом

Одними из главных элементов современных ЭВМ являются транзисторы с изолированным затвором, в основу работы которых положен эффект поля. Такие транзисторы получили название полевых (ПТИЗ) или униполярных, работа которых базируется на модуляции проводимости толщины проводящего приповерхностного слоя полупроводника путем изменения напряженности поперечного электрического поля. Использование таких транзисторов позволило резко снизить энергопотребление цифровых ИМС и упростить управление мощными потребителями энергии (до нескольких киловатт). В полевых транзисторах с встроенным каналом (ПТВК) проводимость канала обусловлена движением основных носителей заряда, а в полевых транзисторах с индуцированным каналом (ПТИК), проводимость канала обусловлена движением неосновных носителей заряда. В данной работе рассматриваются структура, функционирование и простейшая статическая математическая модель ПТИК p-типа. Эскиз сечения структуры такого ПТИК представлен на рис. 1.

Рис. 1 Сечение структуры полевого транзистора с индуцированным каналом p-типа

Электрод контакта к подложке может быть сформирован с тыльной или с лицевой (планарной) стороны структуры. Электрод контакта к области истока часто присоединяют, накоротко, к электроду подложки. Буквами и обозначены, соответственно, электроды к областям затвора и стока. Далее рассматриваются свойства ПТИК с каналом р-типа. В зависимости от величины напряженности поперечного электрического поля (поля под затвором) ПТ различают режимы обогащения, обеднения и инверсии. В ПТИК в активном режиме имеет место инверсия типа проводимости под электродом затвора. В подложке на границе раздела между полупроводником и диэлектриком образуется положительный заряд подвижных дырок, который уравновешивает отрицательный заряд, образованный в случае подачи на электрод затвора положительного потенциала относительно истока (и часто соединенной с ним подложки). Если заряд, сообщенный металлизации затвора превосходит тот, что необходим для компенсации встроенного положительного заряда, поверхностных состояний и заряда, связанного в диэлектрике, то к приповерхностной области полупроводника подходят из глубины полупроводника неосновные носители заряда - дырки и формируется (индуцируется) проводящая область - канал. Канал отделен от основного объема подложки высокоомным слоем объемного заряда. Поэтому, если на подложке формируются несколько ПТИК, то их взаимным влиянием можно пренебречь (при расстоянии между транзисторами большем, чем толщина высокоомного слоя объемного заряда). Большая толщина диэлектрика под токопроводящими дорожками вне электродных областей истока, стока и затвора гарантирует отсутствие проводящих каналов (т.к. при этом повышается пороговое напряжение под этими проводящими дорожками). Существенным недостатком традиционных ПТИЗ является малое напряжение пробоя подзатворного диэлектрика, которое обычно составляет не более нескольких десятков вольт. Поэтому важно не допускать на затвор ПТИЗ заряд статического электричества, который может накапливаться на различных, окружающих транзистор телах, в том числе и на теле человека. Поэтому важно защищать входные каскады, содержащие ПТИЗ, что приводит к снижению граничной частоты работы прибора. Моделирование ПТИК, так же как и других электронных активных компонентов, может производиться тремя способами. Они описаны в этих методических указаниях (см. стр. 7).