Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Вольт-фарадная характеристика



ЗАНЯТИЕ 5

 

Поверхностные явлении

Поверхностные состояния

Рассмотрим процессы на поверхности полупроводника. В 1932 г. советским ученым Таммом было показано, что обрыв решетки приводит к возникновению разрешенных уровней в запрещенной зоне. Уровни Тамма возможны для идеальной поверхности полупроводника. Реальные поверхности покрыты слоем адсорбированных атомов и молекул. Эти примеси также создают поверхностные уровни, которые могут быть как донорными, так и акцепторными. Роль примесей могут играть и различные дефекты решетки. Разрешенные уровни в запрещенной зоне полупроводника на его поверхности называются поверхностными уровнями или поверхностными состояниями.

При высокой плотности поверхностных состояний они, взаимодействуя друг с другом, могут размыться в поверхностную зону. Электроны в этой зоне могут двигаться только вдоль поверхности.

Поверхностные состояния могут захватывать электроны или наоборот отдавать их, заряжаясь положительно или отрицательно. Заряжение поверхности полупроводника при заполнении поверхностных состояний сопровождается возникновением у поверхности слоя объемного заряда, нейтрализующего поверхностный заряд. Нейтрализация происходит путем притяжения к поверхности носителей со знаком заряда противоположным знаку заряда поверхности и отталкивания носителей одного знака. Вследствие этого поверхностный слой обедняется носителями того знака, которым заряжена поверхность и обогащается носителями противоположного знака. При этом наблюдается изгиб зон и возникает поверхностный объемный заряд. Если поверхность полупроводника заряжена отрицательно, то в приповерхностном слое зоны изгибаются вверх, а если положительно то низ.

 

Эффект поля. МДП-структуры

Измерять объемный поверхностный заряд полупроводника можно с помощью поля, перпендикулярного поверхности. Для создания такого поля в полупроводнике, как правило, используют МДП-структуры (рис. 5.1).

Если к идеальной МДП-структуре прикладывается положительное или отрицательное напряжение, то в приповерхностной области полупроводника могут возникнуть три состояния: обеднение, инверсия и обогащение этой области носителями заряда.

Обедненная основными носителями область появляется в случае, когда на металлический электрод подается потенциал, по знаку совпадающий с основными носителями заряда (рис. 5.1, а и б). Вызванный таким потенциалом изгиб зон приводит к увеличению расстояния от уровня Ферми до дна зоны проводимости в полупроводнике n-типа и до потолка валентной зоны в полупроводнике p-типа. Увеличения этого расстояния сопровождается обеднением приповерхностной области основными носителями.

Когда на металлический электрод подается достаточно большой потенциал по знаку совпадающий с основными носителями (рис. 5.2, в и г), то расстояние от уровня Ферми до потолка валентной зоны в полупроводнике n-типа оказывается меньше расстояния до дна зоны проводимости (рис. 5.2, г), вследствие чего концентрация не основных носителей заряда (дырок) у поверхности полупроводника становится выше концентрации основных носителей и тип проводимости этой области меняется. Изменение типа проводимости полупроводника называется инверсией, а слои, в которых оно наблюдается, называются инверсионными слоями.

Если знак потенциала металлического электрода противоположен знаку заряда основных носителей тока в полупроводнике, то происходит притяжение основных носителей к поверхности и обогащение ими приповерхностного слоя (рис. 5.2, д и е).

С изменением концентрации основных носителей под действием внешнего поля в приповерхностном слое меняется и проводимость. Явление изменения поверхностной проводимости под действием поперечного поля называется эффектом поля.

Полевые транзисторы

Общие сведения

Основные принципы работы полевого транзистора были разработаны Лилиенфельдом и Хейлом в начале 30х годов. Первый МДП-транзистор был изготовлен Кангом и Аталлой в 1960 г. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом был разработан Шокли в 1952 г. и изготовлен Дейки и Россом в 1953 г. Полевые транзисторы с диодом Шотки впервые были изготовлены на основе арсенида галлия в 1967 г.

Полевые транзисторы содержат три полупроводниковые области исток, сток и канал, а так же управляющий электрод затвор. Исток и сток сильно легированные области полупроводника.

По структуре и способу управления проводимостью канала различают три типа полевых транзисторов:

- полевые транзисторы с изолированным затвором, между металлическим затвором и каналом расположен слой диэлектрика (МДП-транзисторы);

- полевые транзисторы с управляющим переходом металл-полупро-водник (с диодом Шоттки), металлический электрод затвора образует выпрямляющий контакт с каналом, на который в рабочем режиме подается обратное напряжение;

- полевые транзисторы с управляющем p-n-переходом, в качестве затвора используют слой полупроводника образующий с каналом p-n-переход, в рабочем режиме имеющий обратное включение

Полевые транзисторы по типу проводимости канала подразделяются на транзисторы с каналом n или p -типа.

Если канал n-типа, то рабочими носителями являются электроны и на сток подается положительный потенциал. В случае канала p-типа рабочими носителями являются дырки и на сток подается отрицательный потенциал.

В полевых транзисторах используется движение носителей заряда одного знака, которые под действием электрического поля, созданного вдоль канала, перемещаются от истока к стоку.

Характерной особенностью полевых транзисторов является малый ток затвора. Входное сопротивление полевых транзисторов на постоянном токе составляет 108 ¸ 1010 Ом. Поэтому полевые транзисторы являются приборами, управляемыми напряжением, в отличие от биполярных транзисторов, которые управляются током.

Статические характеристики

МДП-транзисторов

 

Выходные характеристики МДП-транзисторов показаны на рисунке 6.6. На выходные ВАХ существенное влияние оказывают изменения в структуре канала, возникающие с ростом напряжения на стоке.

При UИ=UС=0 электрическое поле в диэлектрике и полупроводнике будет однородным, и толщина канала будет одинаковой от истока до стока.

Если напряжение UСИ> 0 и не очень велико, то канал ведет себя как обычное сопротивление. Ток стока увеличивается пропорционально напряжению стока. Эту область ВАХ называют линейной областью работы транзистора.

С ростом напряжения UСИ будут увеличиваться ток стока и потенциал поверхности полупроводника в направлении от истока к стоку. Вследствие этого разность потенциалов между затвором и поверхностью полупроводника будет уменьшаться в направлении к стоку. Соответственно сечение канала начинает сужаться в направлении к стоку. При напряжении на стоке равном напряжению насыщения UСН разность потенциалов между затвором и поверхностью полупроводника становится равной нулю у стока. Толщина канала у стока становится равной нулю. МДП-транзистор переходит в режим отсечки канала. При напряжении UСИ> UСН точка отсечки сдвигается к истоку и происходит укорочение канала на DL (рис. 6.7). На участке DL обедненный слой выходит на поверхность полупроводника.

После отсечки канала ток стока перестает зависеть от потенциала стока. Эта область ВАХ называется областью насыщения тока стока.

 


 
 

 
 

 

На острие канала, в точке его перекрытия концентрируется электрическое поле, напряженность которого становится выше критической и наступает режим насыщения скорости дрейфа электронов, инжектированных из острия канала в обедненный слой.

Ток равен: jn=еmnnEKP,

так как vДР=mnEКР=const n=const,

то и jn=const.

 

P-n-переходом

 

Структура такого транзистора показана на рис. 6.8. На подложке p-типа формируется эпитаксиальный n-слой, в котором методами диффузии создаются области истока, стока n+ -типа и затвора p+-типа. Управляющий p-n-переход образуют области p+ и n. Токопроводящим каналом является эпитаксиальный слой n-типа расположенный между затвором и подложкой. При работе транзистора управляючий p-n-переход должен быть включен в обратном направлении.

Глубина обедненного слоя управляющего p-n-перехода тем больше, чем больше обратное напряжение на затворе. Толщина канала будет также соответственно меньше. Следовательно с изменением обратного напряжения будет меняться поперечное сечение канала, а следовательно и его сопротивление. При наличии напряжения между стоком и истоком изменяя обратное напряжение на затворе можно управлять выходным током транзистора.

Входным током транзистора является обратный ток p-n-перехода, составляющий для кремниевых приборов 10-9-10-11 А.

На сток транзистора подается положительное напряжение. P-n-переход между эпитаксиальным n-слоем и подложкой включается в обратном направлении, поэтому к подложке прикладывается отрицательное относительно истока напряжение. Иногда подложка используется в качестве второго затвора. В некоторых транзисторах подложка соединяется с затвором и не имеет отдельного вывода.

Статические выходные и передаточные характеристики полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом показаны на рис. 6.9 и 6.10.

Выходные характеристики имеют участок насыщения тока, связанный как и у МДП-транзисторов с образованием " горловины" канала вблизи стока.

Напряжением отсечки полевого транзистора с управляющим p-n-переходом называется напряжение на затворе, при котором практически полностью перекрывается канал и ток стока стремится к нулю.

 


 
 

 

Диэлектрические пленки

Основными механизмами переноса заряда, определяющими проводимость изолирующих пленок являются: термополевая эмиссия Шоттки, эмиссия Пула-Френкеля и сильнополевая туннельная инжекция по Фаулеру-Норугейму.

Термополевая эмиссия по Шоттки. Термоэлектронная эмиссия электронов объясняется наличием высокоэнергетического «хвоста» в распределении электронов по энергии.

Термоэлектронная эмиссия – это испускание электронов нагретым телом в вакууме (рис.7.5).

 

 

Рис. 7.5

 

При наложении внешнего электрического поля происходит понижение потенциального барьера, разделяющего металл и диэлектрик. Это явление называется эффектом Шоттки.

Снижение потенциального барьера происходит в результате сложения потенциала внешнего поля uε =qε x с потенциалом u0 на границе металл-диэлектрик, определяемым силами зеркального изображения (рис.7.6).

Термополевая эмиссия Шоттки представляет собой надбарьерную термоэлектронную эмиссию, облегченную за счет наложения внешнего электрического поля. Эмиссия Шоттки является одним их основных механизмов переноса зарядов в системах металл-диэлектрик-металл и металл-полупроводник-металл.

 

 

 

Рис. 7.6

 

Плотность тока эмиссии по Шоттки равна:

,

где А=12∙ 105А /см2∙ град2/ - постоянная Ричардсона. φ В – высота потенциального барьера.

Эмиссия Пула-Френкеля. В диэлектрических слоях, содержащих большое количество структурных дефектов и примесей, имеется высокая концентрация ловушек, способных захватывать носители.

Сильное электрическое поле может вызвать активацию свободных носителей заряда внутри самой диэлектрической пленки рис. 7.7. Эмиссия Пула-Френкеля это ускоренный электрическим полем процесс термовозбуждения электронов с ловушек в зону проводимости диэлектрика.

 

 

 

Рис. 7.7

 

Плотность тока эмиссии по Пулу-Френкелю равна

,

где В – коэффициент пропорциональности, φ в – глубина ловушки.

Зависимости плотностей токов эмиссий по Шоттки и Пулу-Френкелю спрямляются в координатах lg j=f .

Токи эмиссий Шоттки и Пула-Френкеля сильно зависят от температуры.

Литература

1. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. СПб.: Издательство " Лань", 2001.

2. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. М.: Лаборатория базовых знаний, 2004.

3 Гуртов В.А. Твердотельная электроника. М.: Техносфера, 2007.

4. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. М.: Высшая школа, 1986.

5. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника. М.: Высшая школа, 1986.

6. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.Л. Аналоговая и цифровая электроника. М.: «Горячая Линия – Телеком», 1999.

7. Основы радиоэлектроники. Под ред. Г.Д. Петрухина М.: Издательство МАИ, 1993.

8. Киселев В.Ф., Козлов С.Н., Зотеев А.В. Основы физики поверхности твердого тела. М.: Издательство МГУ, 1999 г.

9. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984.

 

 


Приложение 1

 

Элементы квантовой механики и физической статистики

 

При физическом описании свойств твердых тел широко используются квантомеханические и статические представления. Чтобы избежать многочисленных ссылок на курс физики при изложении данного курса изложим основные положения квантовой механики и статической физики в краткой конспективной форме.

 

Волновые свойства частиц

 

К 20 веку было установлено, что атомные явления не могут быть описаны ни как движение частиц, ни как чисто волновые процессы. Так в явлениях дифракции, интерференции проявляется волновая природа света. В фотоэлектрических явлениях, эффекте Комптона (изменение частоты или длины волны фотонов при их рассеянии электронами) свет ведет себя как частица. В 1924 году французский физик де Бройль выдвинул гипотезу, что с каждым телом должна быть связана плоская волна.

,

где h – 6, 6·10-34 Дж·с – постоянная Планка, p – импульс.

Гипотеза де Бройля получила убедительное экспериментальное подтверждение. На волновых свойствах микрочастиц основана электронная микроскопия, нейтронография. Микрочастицы – электроны, протоны нельзя представить в виде дробинки, уменьшенной до соответствующих размеров. Качественным отличительным признаком микрочастиц является органическое сочетание в них корпускулярных и волновых свойств.

 

Уравнение Шредингера.

 

Поскольку микрочастицы обладают волновыми свойствами, то и закон их движения должен описываться волновым уравнением. Впервые такое уравнение было записано Эрвином Шредингером (Австрия). Для микрочастицы, движущейся в силовом поле и обладающей потенциальной энергией u(x, y, z, t) оно имеет вид:

 

,

 

где i= , -постоянная Планка, деленная на 2p.

 

Функция Ψ (x, y, z, t) является решением этого уравнения и называется волновой функцией. Она имеет следующий физический смысл: произведение Ψ на функцию Ψ * комплексно сопряженную с Ψ пропорционально вероятности того, что в момент времени t, микрочастица может быть обнаружена в выделенном объеме dV. Обозначим вероятность обнаружения микрочастицы в объеме dV через ω (x, y, z, t) dV. Тогда:

 

ω (x, y, z, t)dV= Ψ (x, y, z, t)Ψ *(x, y, z, t)dV.

 

Интеграл , взятый по всему объему равен 1, т.к. он выражает достоверный факт, что микрочастица находится в этом объеме. Следовательно:

.

Это условие называется условием нормировки, а волновые функции, удовлетворяющие ему, называются нормированными.

Закон движения микрочастицы постоянно определяется заданием функции Ψ в каждый момент времени в каждой точке пространства.

Потенциальная энергия в общем случае является функцией координат и времени. Однако в большинстве практических задач u является функцией только координат. В этом случае волновую функцию Ψ (x, y, z, t) представляют в виде произведения функций Ψ (x, y, z) и φ (t):

 

Ψ (x, y, z, t) = Ψ (x, y, z)· φ (t). (1)

 

Рассмотрим движение микрочастицы вдоль оси Х. Тогда уравнение Шредингера можно записать:

 

. (2)

 

Подставим (2) в (1):

 

.

 

Делим обе части на :

 

Тогда левая часть уравнения зависит только от t, а правая только от х. Они могут быть равны друг другу только в том случае, если каждая равна одной и той же постоянной величине Е. Можно показать, что эта величина Е, есть полная энергия частицы Е. Можно записать приравнивая левую и правую части уравнения –Е:

 

, откуда

 

. (3) (3)

 

, откуда

 

. (4)

 

В общем случае уравнение (3) будет содержать вторые производные по другим координатам:

 

. (5)

 

Через оператор Лапласа это уравнение можно записать так:

 

.

 

Функция Ψ (x, y, z) зависящая только от координат называется амплитудной волновой функцией, а уравнение (5) амплитудным уравнением Шредингера.

Было доказано, что при движении микрочастицы в ограниченной области пространства амплитудное уравнение Шредингера имеет решение только при определенных значениях энергии Е – Е1, Е2…Еn, называемых собственными значениями энергии частицы. Волновые функции Ψ 1, Ψ 2, Ψ 3, … Ψ n, соответствующие этим энергиям, называются собственными волновыми функциями.

Решением уравнения (4) является:

 

,

 

где Еn – одно из собственных значений энергии. Функция φ (t) выражает зависимость волновой функции Ψ (x, y, z, t) от времени. Эта зависимость является гармонической с частотой υ nn / h или .

Если потенциальная энергия является функцией только координат, то решение уравнения Шредингера может быть представлено в виде:

 

Ψ (x, y, z, t)= Ψ (x, y, z)exp(-iω t).

 

В этом случае вероятность обнаружения частицы в элементе объема равна:

 

ω dV=Ψ Ψ *dV

 

и не зависит от времени. Следовательно, распределение вероятности в пространстве является стационарным. Состояния микрочастиц, удовлетворяющие этому условию, называются стационарными состояниями. Амплитудное уравнение описывает стационарное состояние микрочастиц.

 

Соотношения неопределенности Гейзенберга

 

К микрочастицам, обладающим волновыми свойствами, применять понятия классической механики, например понятия координат частицы и ее импульса можно лишь в ограниченной степени.

Пусть частица движется вдоль оси Х и обладает импульсом рх. Такой частице соответствует волна λ =h/px, являющаяся по своей сущности протяженным объектом. Монохроматическая волна простирается по оси Х от -∞ до +∞. Следовательно, интервал локализации микрочастицы ∆ х равен бесконечности. Т.е. микрочастица, имеющая определенный импульс рх, не имеет определенной координаты х. Можно показать, что микрочастица, имеющая определенную координату, не имеет определенного импульса. В отличие от классической частицы состояние микрочастицы не может быть охарактеризовано заданием одновременно определенных координат и составляющих импульса. Задать состояние микрочастицы можно лишь допуская неопределенность в значениях координат и значениях составляющих импульса. Количественно эта неопределенность описывается соотношениями записанными Гейзенбергом в 1927г.

 

∆ x× ∆ px ≥ h; ∆ y× ∆ py ≥ h; ∆ z× ∆ pz ≥ h,

 

т.к. p=m× v, то

∆ x× ∆ vx; ∆ y× ∆ vy; ∆ z× ∆ vz.

Из соотношений неопределенности следует, что чем точнее определяются координаты микрочастицы, тем неопределеннее становятся составляющие импульса. Поэтому бессмысленно говорить о траектории движения микрочастицы, т.е. о совокупности положений движущейся частицы в пространстве.

Соотношение неопределенности существует и между энергией и временем:

∆ Е× ∆ t ≥ h,

 

где ∆ t – время, в течение которого частица обладает энергией Е ∆ Е.

Из соотношения неопределенности для энергии и времени следует, что неопределенность энергии возрастает при уменьшении времени пребывания микрочастицы в данном энергетическом состоянии.

 

Потенциальные барьеры для микрочастиц

 

Потенциальные барьеры и ямы для микрочастиц возникают, например, вследствие электрического взаимодействия электронов с ионами решетки в твердом теле, на границах раздела тел. Изменение потенциальной энергии частицы в зависимости от ее координат представляет собой потенциальный рельеф для этой частицы в заданном объеме. В кристаллах наблюдается периодический потенциальный рельеф, который в простейшем случае можно представить в виде совокупности одномерных прямоугольных барьеров, разделенных прямоугольными ямами.

 

Приложение 2

ЗАНЯТИЕ 5

 

Поверхностные явлении

Поверхностные состояния

Рассмотрим процессы на поверхности полупроводника. В 1932 г. советским ученым Таммом было показано, что обрыв решетки приводит к возникновению разрешенных уровней в запрещенной зоне. Уровни Тамма возможны для идеальной поверхности полупроводника. Реальные поверхности покрыты слоем адсорбированных атомов и молекул. Эти примеси также создают поверхностные уровни, которые могут быть как донорными, так и акцепторными. Роль примесей могут играть и различные дефекты решетки. Разрешенные уровни в запрещенной зоне полупроводника на его поверхности называются поверхностными уровнями или поверхностными состояниями.

При высокой плотности поверхностных состояний они, взаимодействуя друг с другом, могут размыться в поверхностную зону. Электроны в этой зоне могут двигаться только вдоль поверхности.

Поверхностные состояния могут захватывать электроны или наоборот отдавать их, заряжаясь положительно или отрицательно. Заряжение поверхности полупроводника при заполнении поверхностных состояний сопровождается возникновением у поверхности слоя объемного заряда, нейтрализующего поверхностный заряд. Нейтрализация происходит путем притяжения к поверхности носителей со знаком заряда противоположным знаку заряда поверхности и отталкивания носителей одного знака. Вследствие этого поверхностный слой обедняется носителями того знака, которым заряжена поверхность и обогащается носителями противоположного знака. При этом наблюдается изгиб зон и возникает поверхностный объемный заряд. Если поверхность полупроводника заряжена отрицательно, то в приповерхностном слое зоны изгибаются вверх, а если положительно то низ.

 

Эффект поля. МДП-структуры

Измерять объемный поверхностный заряд полупроводника можно с помощью поля, перпендикулярного поверхности. Для создания такого поля в полупроводнике, как правило, используют МДП-структуры (рис. 5.1).

Если к идеальной МДП-структуре прикладывается положительное или отрицательное напряжение, то в приповерхностной области полупроводника могут возникнуть три состояния: обеднение, инверсия и обогащение этой области носителями заряда.

Обедненная основными носителями область появляется в случае, когда на металлический электрод подается потенциал, по знаку совпадающий с основными носителями заряда (рис. 5.1, а и б). Вызванный таким потенциалом изгиб зон приводит к увеличению расстояния от уровня Ферми до дна зоны проводимости в полупроводнике n-типа и до потолка валентной зоны в полупроводнике p-типа. Увеличения этого расстояния сопровождается обеднением приповерхностной области основными носителями.

Когда на металлический электрод подается достаточно большой потенциал по знаку совпадающий с основными носителями (рис. 5.2, в и г), то расстояние от уровня Ферми до потолка валентной зоны в полупроводнике n-типа оказывается меньше расстояния до дна зоны проводимости (рис. 5.2, г), вследствие чего концентрация не основных носителей заряда (дырок) у поверхности полупроводника становится выше концентрации основных носителей и тип проводимости этой области меняется. Изменение типа проводимости полупроводника называется инверсией, а слои, в которых оно наблюдается, называются инверсионными слоями.

Если знак потенциала металлического электрода противоположен знаку заряда основных носителей тока в полупроводнике, то происходит притяжение основных носителей к поверхности и обогащение ими приповерхностного слоя (рис. 5.2, д и е).

С изменением концентрации основных носителей под действием внешнего поля в приповерхностном слое меняется и проводимость. Явление изменения поверхностной проводимости под действием поперечного поля называется эффектом поля.

Вольт-фарадная характеристика

Рассмотрим емкость МДП-стуктуры с полупроводником n-типа при изменении напряжения смещения на металлическом электроде при наложении переменного сигнала.

В режиме обогащения в МДП-структуре с полупроводником n-типа (плюс на металлическом электроде) электроны притягиваются к поверхности и в приповерхностном слое полупроводника возникает заряд QS притянутых электронов, по величине равный заряду QМ, индуцируемому на металлическом электроде (рис. 5.3). С увеличением напряжения толщина заряженного слоя сохраняется практически неизменной и рост заряда QS происходит за счет повышения объемной плотности. Поэтому емкость структуры не зависит от приложенного напряжения.

В состоянии обеднения электроны отгоняются от поверхности полупроводника и в приповерхностном слое образуется неподвижный заряд ионизированных доноров QС= qNДdП, где dОПЗ- толщина области поверхностного заряда (ОПЗ) (рис. 5.4). Емкость такой структуры будет складываться из емкостей двух последовательно соединенных конденсаторов: конденсатора образованного диэлектрическим слоем dД и конденсотора образованного обедненным слоем dОПЗ.

Емкости этих конденсаторов при единичной площади равны:

СД= , СОПЗ= .

Емкость СОПЗ зависит от падающей на полупроводнике разности потенциалов, так как с ее изменением меняется толщина обедненного слоя dОПЗ, играющая роль расстояния между обкладками конденсатора.

Емкость структуры в целом будет равна:

, (5.3.1)

С= . (5.3.2)

С ростом напряжения смещения ширина ОПЗ увеличивается, вследствие чего емкость СОПЗ уменьшается. При этом уменьшается и общая емкость. Это происходит до наступления инверсии. В состоянии инверсии к поверхности полупроводника притягиваются дырки, образуя положительный заряд QР рис. 5.5. До наступления инверсии рост заряда в полупроводнике QП определяется ростом заряда ОПЗ и увеличением dОПЗ, а после наступления инверсии- ростом заряда QР. Поскольку толщина инверсного слоя, образованного дырками почти не зависит от приложенного напряжения, то в состоянии инверсии емкость структуры не зависит от напряжения.

 

На рис. 5.6 показаны вольт-фарадные характеристики МДП-структуры. Минимум кривой С=f(U) соответствует образованию инверсного слоя и характеризуется напряжением инверсии Uuн. При высокочастотном сигнале не основные носители, в данном случае дырки, не успевают следить за сигналом, поэтому емкость полупроводника определяется емкостью ОПЗ и не зависит от заряда дырок, а так как после образования инверсного слоя ширина ОПЗ не меняется, то и С=f(U) остается постоянной. При низкочастотном сигнале не основные носители успевают следовать за переменным напряжением и емкость полупроводника определяется в этом случае зарядом дырок в инверсном слое, который быстро растет с напряжением. Следовательно возрастает и общая емкость структуры, вплоть до С@СД. Затем С не меняется с ростом напряжения, так как емкость структуры определяется емкостью СД, которая в этом случае меньше СП емкости полупроводника.

 


роль расстояния между обкладками конденсатора.

 
 

Кроме рассмотренных в МДП-структуре может возникать заряд на поверхностных состояниях QSS и заряд в диэлектрике, который приводит к сдвигу ВФХ вправо или влево по оси напряжений.

 

Полевые транзисторы

Общие сведения

Основные принципы работы полевого транзистора были разработаны Лилиенфельдом и Хейлом в начале 30х годов. Первый МДП-транзистор был изготовлен Кангом и Аталлой в 1960 г. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом был разработан Шокли в 1952 г. и изготовлен Дейки и Россом в 1953 г. Полевые транзисторы с диодом Шотки впервые были изготовлены на основе арсенида галлия в 1967 г.

Полевые транзисторы содержат три полупроводниковые области исток, сток и канал, а так же управляющий электрод затвор. Исток и сток сильно легированные области полупроводника.

По структуре и способу управления проводимостью канала различают три типа полевых транзисторов:

- полевые транзисторы с изолированным затвором, между металлическим затвором и каналом расположен слой диэлектрика (МДП-транзисторы);

- полевые транзисторы с управляющим переходом металл-полупро-водник (с диодом Шоттки), металлический электрод затвора образует выпрямляющий контакт с каналом, на который в рабочем режиме подается обратное напряжение;

- полевые транзисторы с управляющем p-n-переходом, в качестве затвора используют слой полупроводника образующий с каналом p-n-переход, в рабочем режиме имеющий обратное включение

Полевые транзисторы по типу проводимости канала подразделяются на транзисторы с каналом n или p -типа.

Если канал n-типа, то рабочими носителями являются электроны и на сток подается положительный потенциал. В случае канала p-типа рабочими носителями являются дырки и на сток подается отрицательный потенциал.

В полевых транзисторах используется движение носителей заряда одного знака, которые под действием электрического поля, созданного вдоль канала, перемещаются от истока к стоку.

Характерной особенностью полевых транзисторов является малый ток затвора. Входное сопротивление полевых транзисторов на постоянном токе составляет 108 ¸ 1010 Ом. Поэтому полевые транзисторы являются приборами, управляемыми напряжением, в отличие от биполярных транзисторов, которые управляются током.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-05-11; Просмотров: 1045; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.156 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь