Изучение электрофизических параметров полевого МДП транзистора. Гардин Ю.Е - 4 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ПетрГУ | Петрозаводск

Составители: 

Рубрика: 

Рассмотрим качественно работу МОП-транзистора. Будем считать, что напряжение
на затворе структуры достаточно для сильной инверсии на границе с окислом. Тогда, если
напряжение на стоке V
D
не слишком велико, инверсионный слой проявляется как обычное
сопротивление, и ток I
D
через проводящий инверсионный канал будет увеличиваться про-
порционально напряжению стока V
D
. Эта область называется линейной областью работы
прибора. С увеличением напряжения на стоке достигается момент, когда заряд инверси-
онного слоя Q
n
на границе у стока становится равным нулю. Эти условия соответствуют
началу режима отсечки канала. Напряжение стока в данном режиме называется напряже-
нием отсечки (V
D
). При больших напряжениях точка отсечки сдвигается к истоку, а ток
стока при этом увеличивается лишь незначительно, поскольку напряжение между истоком
и точкой отсечки канала по-прежнему равно V
D
.
Теперь выведем аналитические соотношения, определяющие основные характери-
стики МОП-транзистора, изображенного на рис. 1, используя при этом следующие допу-
щения: 1) подзатворная область представляет собой идеальную МОП-структуру, что оз-
начает отсутствие поверхностных состояний, фиксированного заряда в окисле, разности
работ выхода между полупроводником и металлом; 2) учитывается только дрейфовая
компонента тока; 3) подвижность носителей в инверсионном слое постоянна (не зависит
от электрического поля); 4) концентрация легирующей примеси в канале однородна; 5)
обратные токи утечки p-n
+
-переходов пренебрежимо малы.
Оси координат направим: z вглубь полупроводника, y - вдоль по длине канала и x -
по ширине канала. В соответствии с принятыми допущениями поверхностная плотность
полного заряда в полупроводнике на расстоянии y от истока и поверхностный потенциал
ψ
S
(y) в той же точке связаны следующим соотношением:
Q
S
(y)=[-V
G
+ψ
S
(y)]C
OX
(1)
где С
ОХ
=ε
ОХ
/d - удельная емкость окисла. В режиме сильной инверсии полный поверхно-
стный заряд можно представить в виде
Q
S
=Q
n
+Q
B
, (2)
т.е. заряд на поверхности Q
S
уравновешивается суммой зарядов свободных электронов Q
n
и ионизованных акцепторов Q
B
. Используя выражение (2) для заряда инверсионного слоя
получим
Q
n
(y)=Q
S
(y)-Q
B
(y)=-[V
G
-ψ
S
(y)]C
OX
-Q
B
(y) (3)
В режиме сильной инверсии поверхностный потенциал ψ
S
равен 2ψ
S0
+V(y), где ψ
S0
- ве-
личина поверхностного потенциала в равновесных условиях (V
D
=0), V(y) - напряжение 
      Рассмотрим качественно работу МОП-транзистора. Будем считать, что напряжение
на затворе структуры достаточно для сильной инверсии на границе с окислом. Тогда, если
напряжение на стоке VD не слишком велико, инверсионный слой проявляется как обычное
сопротивление, и ток ID через проводящий инверсионный канал будет увеличиваться про-
порционально напряжению стока VD. Эта область называется линейной областью работы
прибора. С увеличением напряжения на стоке достигается момент, когда заряд инверси-
онного слоя Qn на границе у стока становится равным нулю. Эти условия соответствуют
началу режима отсечки канала. Напряжение стока в данном режиме называется напряже-
нием отсечки (VD). При больших напряжениях точка отсечки сдвигается к истоку, а ток
стока при этом увеличивается лишь незначительно, поскольку напряжение между истоком
и точкой отсечки канала по-прежнему равно VD.
      Теперь выведем аналитические соотношения, определяющие основные характери-
стики МОП-транзистора, изображенного на рис. 1, используя при этом следующие допу-
щения: 1) подзатворная область представляет собой идеальную МОП-структуру, что оз-
начает отсутствие поверхностных состояний, фиксированного заряда в окисле, разности
работ выхода между полупроводником и металлом; 2) учитывается только дрейфовая
компонента тока; 3) подвижность носителей в инверсионном слое постоянна (не зависит
от электрического поля); 4) концентрация легирующей примеси в канале однородна; 5)
обратные токи утечки p-n+-переходов пренебрежимо малы.
      Оси координат направим: z вглубь полупроводника, y - вдоль по длине канала и x -
по ширине канала. В соответствии с принятыми допущениями поверхностная плотность
полного заряда в полупроводнике на расстоянии y от истока и поверхностный потенциал
ψS (y) в той же точке связаны следующим соотношением:
                               QS (y)=[-VG+ψS(y)]COX                               (1)
где СОХ =εОХ/d - удельная емкость окисла. В режиме сильной инверсии полный поверхно-
стный заряд можно представить в виде
                                       QS=Qn+QB,                                   (2)
т.е. заряд на поверхности QS уравновешивается суммой зарядов свободных электронов Qn
и ионизованных акцепторов QB. Используя выражение (2) для заряда инверсионного слоя
получим
                       Qn(y)=QS(y)-QB(y)=-[VG-ψS(y)]COX-QB(y)                      (3)
В режиме сильной инверсии поверхностный потенциал ψS равен 2ψS0+V(y), где ψS0 - ве-
личина поверхностного потенциала в равновесных условиях (VD=0), V(y) - напряжение

Страницы