МДП транзистор

Типы полевых транзисторов
1. с изолированным затвором
- МДП - транзисторы
- МНОП – элементы памяти
- МДП – транзисторы с плавающим
затвором
- Приборы с зарядовой связью (ПЗС
структуры)
- МДП - фотоприемники
Типы полевых транзисторов
2. с затвором в виде p-n-перехода
- с затвором в виде барьера Шоттки
- с затвором в виде обычного p-nперехода
- с затвором в виде гетероперехода
Устройство МДП - транзистора
Полевой транзистор состоит из
пластины полупроводника
(подложки) с относительно высоким
удельным сопротивлением, в
которой созданы две области с
противоположным типом
электропроводности). На эти
области нанесены металлические
электроды - исток и сток.
Поверхность полупроводника
между истоком и стоком покрыта
тонким слоем диэлектрика
(обычно слоем оксида кремния).
На слой диэлектрика нанесен металлический электрод - затвор. Получается
структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому
полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДПтранзисторами или МОП- транзисторами (металл - оксид- полупроводник).
Зонная диаграмма: обогащение
Обогащение основными носителями.
Этому состоянию соответствует знак
напряжения на металлическом
электроде (затворе), притягивающий
основные носители (для n-типа, Vg>0)
Vg>0,ψs>0
Зонная диаграмма: обеднение
Обеднение основными носителями.
Этому состоянию соответствует
небольшое по величине напряжение,
отталкивающее основные носители
(для n-типа,Vg<0) ,Vg<0, ψs<0, |ψs|<|φ0|
Зонная диаграмма: инверсия
Инверсия типа проводимости.
Такому состоянию соответствует
большое по величине напряжение на
затворе, соответствующее
значительным изгибам зон и
вызывающее обогащение
поверхности неосновными
носителями заряда (для nтипа,Vg<<0),
Vg<<0, ψs<0,|φ0|<|ψs|<|2φ0| -слабая
инверсия,|ψs|>|2φ0|-сильная
инверсия.
МДП - транзистор со встроенным каналом
В МДП - транзисторах со
встроенным каналом есть
специальный встроенный канал,
проводимость которого
модулируется смещением на
затворе. В случае канала p типа
положительный канал отталкивает
дырки из канала (режим
обеднения), а отрицательный
притягивает(режим обогащения).
Соответственно проводимость
канала либо уменьшается, либо
увеличивается по сравнению с ее
значением при нулевом смещении.
МДП - транзистор с индуцированным
каналом
МДП-транзисторах с
индуцированным каналом
проводящий канал между
сильнолегированными областями
истока и стока и, следовательно,
заметный ток стока появляется
только при определенной
полярности и при определенном
значении напряжения на затворе
относительно истока
(отрицательного при р-канале и
положительного при п-канале). Это
напряжение называют пороговым
(VT).
Работа транзистора
в области плавного канала
в области отсечки
С ростом напряжения стока Vd точка
канала соответствующая отсечке
сдвигается от стока к истоку.
Характеристики транзистора
Проходная ВАХ.
Зависимость тока стока Id от
напряжения на стоке Vd при
разных напряжениях на затворе
Vg. Отмечены значения
напряжения стока, равные
напряжению отсечки Vdsat.
Переходная ВАХ.
Зависимость тока стока Id от
напряжения на затворе Vg в области
плавного канала. Пунктиром указано
напряжение затвора,
соответствующее
экстраполированному к нулю
значению тока стока.
Влияние типа канала на ВАХ МДП - транзисторов
Эквивалентная схема и быстродействие
МДП - транзистора
Rвх сопротивление подзатворного диэлектрика
Свх емкостью подзатворного диэлектрика и емкость перекрытия
затвор-исток
Спар паразитная емкость перекрытий затвор-сток
Rвых сопротивление канала транзистора и сопротивление
легированных областей истока и стока
Свых емкость р-n перехода стока
Топологические реализации
МДП - транзисторов
Методом двойной диффузии
В окно под областью
истока проводится
диффузия примеси
p-типа с низкой
концентрацией. Затем в
окна истока и стока
проводится диффузия
примеси n-типа с высокой
концентрацией.
Получается МДП - прибор с субмикронной длиной канала, имеющей
неравномерное распределение концентрации легирующей примеси по
длине канала.
Транзисторы с V-образными канавками
В основе изготовления заложено
вертикальное анизотропное
травление кремния с
ориентацией (110), что позволяет
формировать в эпитаксиальном
слое V-образные области.
Роль истока и стока играют сильнолегированные n(+,-) области, а область
канала находится между ними. V-МОП-технология позволяет реализовать
компактную ячейку, содержащую V-МДП-транзистор, n-МДП - транзистор и
нагрузочный резистор.
МДП - транзистор как элемент памяти
Рассмотрим RC-цепочку, состоящую из
последовательно соединенных нагрузочного
сопротивления RH ≈ 1 МОм и полевого транзистора
с изолированным затвором, приведенную на
рисунке а, б.
 Если в такой схеме МДП-транзистор открыт,
сопротивление его канала составляет десятки или
сотни Oм, все напряжение питания падает на
нагрузочном сопротивлении RН и выходное
напряжение Uвых близко к нулю.
Если МДП-транзистор при таком соединении
закрыт, сопротивление между областями истока и
стока велико (сопротивление р-n перехода при
обратном включении), все напряжение питания
падает на транзисторе и выходное напряжение Uвых
близко к напряжению питания Uпит.
Достоинства по сравнению с биполярными
транзисторами:
- высокое входное сопротивление по постоянному току и на высокой
частоте, отсюда и малые потери на управление;
- высокое быстродействие (благодаря отсутствию накопления и
рассасывания неосновных носителей);
- почти полная электрическая развязка входных и выходных цепей, малая
проходная ёмкость;
- квадратичность вольт - амперной характеристики (аналогична триоду);
- высокая температурная стабильность;
- малый уровень шумов.
Недостатки:
- Вследствие высокого сопротивления канала в открытом
состоянии МДП-транзисторы имеют большее падение напряжения,
чем падение напряжения на насыщенном биполярном транзисторе;
- МДП-транзисторы имеют существенно меньшее значение
предельной температуры структуры, равное 150°C (для
биполярных транзисторов 200°C).
Презентацию сделал студент гр. 21301:
Гуня В.В.