V DS

Полевые транзисторы со
структурой МДП
Выполнили:
Водакова В.Ю
Семаков Н.В
гр.21306
Полевой транзистор
Полевой транзистор – это униполярный
транзистор, основной физический принцип
работы которого – это эффект поля.
Эффект поля – под действием внешнего
электрического поля изменяется концентрация
свободных носителей заряда в
приповерхностной области п/п.
Для реализации транзисторного эффекта
используется только один тип носителей.
Виды полевых транзисторов
Структура полевого транзистора
VG
VDS
канал
VSS
Транзисторный эффект
Транзисторный эффект – это
изменение тока или
напряжения во вторичной
цепи, вызванное
изменением тока или
напряжения в первичной
цепи.
Режим работы полевого
транзистора
В приборах с МДП структурой внешнее поле обусловлено знаком
приложенного напряжения на затвор.
В зависимости от знака и величины VG могут быть четыре состояния области
пространственного заряда полупроводника:
Обогащение
Обеднение
Слабая инверсия
Сильная инверсия
Полевые транзисторы могут работать в активном режиме только в области
слабой или сильной инверсии, когда инверсионный канал между стоком и
истоком отделен от квазинейтрального объема подложки областью
обеднения.
Ток затвора пренебрежимо мал – пикоамперы. Мощность, затрачиваемая на
транзисторный эффект в первичной цепи очень мала.
Инверсионный канал
Напряжение на затворе VG , при котором формируется инверсионный
канал, - это пороговое напряжение VT .
Изменяя VG при VG >VT можно менять концентрацию свободных
носителей в канале и модулировать сопротивление Ri .
Ток в цепи «исток – канал – сток» обусловлен только одним типом
носителей. Таким образом МДП – действительно униполярная
структура.
VG>VT
VSS>O
VDS<V*DS
ВАХ области плавного канала
j(x,y,z)=q·µn·n(z) ·dV/dy
После интегрирования от O до ∞ по x и z:
IDS=W·µn· dV/dy·q·∫n(z) ·dz= W·µn· Qn · dV/dy
Знаем:
Qm=Qox+Qn+QB
Qm=Cox· Vox
VGS – ∆φms = Vox+ψs = Vox+ψs0+V(y)
Qn=Cox[VGS – ∆φms – ψs0 +V(y)] – Qox – QB
VT ≡ VGS
(ψs=2φ0 , VDS=0) и
Qn (VDS=0)=0
Тогда:
И в итоге:
VT= ∆φms + 2φ0 + Qox/Cox – QB/Cox
Qn=Cox[VGS – VT – V(y)]
Интегрируем вдоль канала и получаем ВАХ в области плавного канала:
IDS=W/L·µn·Cox·[(VGS – VT ) ·VDS– V2DS /2]
Область отсечки
По мере роста напряжения исток-сток VDS в канале может
наступить такой момент, что произойдет смыкание канала – в
некоторой точке заряд электронов станет равным нулю.
Qn=Cox[VGS – VT – V(y)] => V(y)=VGS – VT=V*DS
VG>VT
VSS=O
VDS=V*DS
Область отсечки
Максимальная величина напряжения V(y) реализуется на стоке,
поэтому смыкание произойдет сначала у стока.
V*DS – напряжение отсечки,
необходимое для смыкания канала.
С ростом напряжения стока точка отсечки сдвигается к истоку.
Эффективная длина канала L’ мало отличается от истинной
∆L=L-L’ << L
Из-за этого в первом приближении ток стока IDS не зависит от
напряжения стока VDS
Область отсечки — ток стока
Если VDS = V*DS , то в IDS=W/L·µn·Cox·[(VGS – VT ) ·V*DS– V*2DS /2]
Получим ВАХ в области отсечки:
IDS=W/2L·µn·Cox·(VGS – VT )2
IDS ~VGS – переходная характеристика транзистора
IDS ~VDS – проходная характеристика транзистора
VGS>VT
VDS>V*DS
VSS=O
Модуляция длины канала
При значительных напряжениях VDS и относительно малых длинах
канала 10÷20 мкм в области отсечки наблюдается эффект
модуляции длины канала при этом:
точка отсечки смещается к истоку
напряжение отсечки падает на длину L’
Это вызывает увеличение тока в канале IDS.
Величина падения напряжения на участке от стока до точки отсечки
составит: ∆V(∆ L)=VDS – V*DS = VDS – (VGS – VT)
Пунктир – ВАХ с учетом модуляции
Сплошная – ВАХ без учета модуляции
Длина канала составит:
ВАХ с учетом модуляции канала
Пусть
Пусть
Тогда
IDS это ток в канале приVDS >V*DS
I0DS это ток в канале при VDS =V*DS=VGS – VT
I0DS·L= IDS·(L – ∆L)
ВАХ примет вид:
Эффект модуляции канала аналогичен эффекту модуляции ширины базы (эф. Эрли)
для биполярных транзисторов.
IDS ~ (VG)2 экстраполяция прямолинейного участка в сторону 0 дает пороговое
напряжение VT .
Ячейка памяти на основе МДПтранзистора
МДП-транзистор идеально подходит для организации
элементарной ячейки памяти т.к управляется
напряжением и не потребляет мощности на управление
в статическом режиме
Flash - память
На базе МДП-транзистора с плавающим затвором, который
позволяет хранить заряд, записанный на плавающий
затвор, реализованы устройства flash-памяти
Если заряд плавающего затвора у однобтитного МДПтранзистора меньше 5 000 электронов, то я чейка хранит
логическую «1»
Если заряд больше 30 000, то «0»