ПТ с изолированным затвором
В настоящее время они находят наибольшее применение, прежде всего в кремниевых ИМС, особенно в сверхбольших: микропроцессорах, ЗУ большой информационной емкости и др.
Полевые транзисторы металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), или по другому металл-оксид-полупроводник (МОП), сильно отличаются от рассмотренных (с управляющим p-n переходом) как по принципу действия, так и по технологии изготовления.
В отличие от ПТ с управляющим p-n переходом в МДП-транзисторах металлический электрод затвора изолирован от полупроводниковой области канала слоем диэлектрика.
Структура металл-диэлектрик-полупроводник и определяет название данного типа транзисторов.
В качестве диэлектрика часто используются окислы (SiO2), поэтому их и называют МОП-транзисторами.
МДП-транзисторы конструктивно выполняются двух видов: с индуцированным и встроенным каналом.
Принцип действия транзисторов с индуцированными и встроенными каналами n- и р-типа одинаковы.
Конструкция транзистора с индуцированным каналом
Это полупроводник (например кремний) р-типа, рис.10.3), в имеющий две области n-типа - сток и исток, на полупроводник нанесён тонкий слой диэлектрика (чаще других выращивается двуокиси кремния на кремнии). Толщина диэлектрика должна быть очень малой, толщина диэлектрика лежит в пределах 0,05...0,3 мкм.
Расстояние между истоком и стоком - мкм и менее.
Сверху на диэлектрике нанесён слой металла. Между металлом и полупроводником прикладывается электрическое поле от внешнего источника.
Рис.10.3 МДП-транзисторы с индуцированным и с встроенным каналом
 |
Конструкция транзистора со встроенным каналом
Структура аналогична (рис.10.3), но перед тем, как делать подзатворный диэлектрик, проводится ещё одна диффузия доноров для n-канальных транзисторов или акцепторов для р-канальных транзисторов, чтобы создать встроенный канал.
Расстояние между истоком и стоком - мкм и менее.
На этом участке расположена узкая слаболегированная полоска кремния (n-типа) - канал.
Электрод затвора перекрывает подложку между областями. Он изолирован от подложки также тонким слоем диэлектрика (0,05 -0,3мкм), также пленка двуокиси кремния.
В случае тонкого диэлектрика электрическое поле легко проникает в полупроводник.
Принцип работы МОП транзистора с индуцированным каналом
Если подать напряжение между стоком и истоком, то ничего не произойдёт: ток не появится, так как при любом знаке напряжения хоть один из р-п переходов смещён в обратном направлении (это как в биполярном транзисторе при очень толстой базе – два р-n перехода отдельно).
В случае, когда к металлу относительно полупроводника приложено положительное напряжение, дырок у поверхности стало меньше, чем в глубине, а электронов – больше. Но пока концентрация дырок у поверхности больше, чем концентрация электронов.
При дальнейшем увеличении положительного напряжения больше некоторого, так называемого порогового (UП), электронов у поверхности становится больше, чем дырок.
Полупроводник разделился на две области: в глубине это по-прежнему р-тип, а вблизи поверхности – n-тип (произошла инверсия типа электропроводности).
Вблизи поверхности появится наведённый (индуцированный) слой n-типа. Этот слой соединит две исходные области n-типа, и между стоком и истоком появится ток. Образовался канал n-типа.
Если приложено отрицательное по отношению к полупроводнику напряжение то оно притягивает к поверхности полупроводника дырки, а электроны отталкивает - дырок у поверхности станет ещё больше, чем было в исходном полупроводнике.
Принцип работы МОП транзистора с встроенным каналом:
Теперь у транзистора есть ток даже при нулевом напряжении на затворе, и есть возможность управлять им.
В зависимости от полярности напряжения, приложенного к затвору (относительно истока), канал может обедняться или обогащатьсяносителями заряда (электронами).
При отрицательном напряжении на затворе электроны проводимости выталкиваются из области канала в объем полупроводника подложки. При этом канал обедняется носителями заряда, что ведет к уменьшению тока в канале.
При U3И < 0 и других значений напряжений U3И <UПOP канал между стоком и истоком отсутствует, в цепи стока течет пренебрежительно малый ток стокового перехода.
Положительное напряжение на затворе способствует втягиванию электронов проводимости из подложки в канал. В этом режиме, а это режим обогащения,ток канала возрастает.
Таким образом, в отличие от ПТ с p-n переходами транзистор с изолированным затвором может работать с нулевым, отрицательным или положительным напряжением на затворе.
В рассмотренных случаях мы рассматривали структуры с р-подложкой. Можно использовать n-подложку.
Все рассуждения для неё будут те же, но на затвор надо подавать отрицательное напряжение, и канал будет р-типа.
Структура МОП транзистора имеет 4 контакта.Иногда их все используют. Однако чаще исток соединяют с подложкой, и остаётся только три контакта.
Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 949;