Транзисторы. Петров Б.К - 39 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

39
3.2. ВАХ МДП-транзистора с индуцированным каналом
Крутой участок .
На рис. 4 показана схематическая структура полевого
транзистора с индуцированным прямоугольным каналом длины L в
направлении оси 0Y, глубины x
к
(y) и ширины Z в направлении оси 0Z,
перпендикулярной плоскости рисунка. Длина канала в мощных транзисторах
составляет около 1 мкм , а в МДП БИС – 0,1 мкм . Начало координат совмещено
с границей раздела полупроводник – диэлектрик около истока. Считаем , что
потенциал истока равен нулю (ψ
ис
=0), а к затвору приложен отрицательный
потенциал U
зи
=0. Подложка n-типа соединена со стоком и имеет потенциал
ψ
ис
=0.
При отсутствии затворного напряжения (U
зи
=0) в подложке n-типа
существует слой накопления электронов, наведенный положительным зарядом
в окисле и на поверхностных состояниях Q
SiO2
>0, а также контактной
разностью потенциалов металл – полупроводник ϕ
мп
. При подаче
определенного затворного потенциала образуется канал толщиной x
к
, через
который протекает ток I
ст
. Выходная ВАХ I
ст
=I
ст
(U
зи
,U
си
) выводится обычно при
следующих допущениях [2]:
1) ток в канале обусловлен дрейфом подвижных носителей (дырок) под
действием разности потенциалов между стоком и истоком U
си
<0, электронная
составляющая тока отсутствует;
2) подвижность носителей
µ
p
в канале считается постоянной и не
зависящей от времени;
3) ток через подложку отсутствует и подложка нейтральна;
4) генерацией и рекомбинацией носителей тока в канале пренебрегаем ;
5) изменение толщины канала x
к
(y) вдоль оси 0Y мало (приближение
непрерывного канала);
6) в канале присутствует только продольная составляющая
электрического поля E
y
. В слое объемного заряда под каналом присутствует
только поперечная составляющая электрического поля E
x
;
7) плотность заряда в окисле и на поверхностных состояниях Q
SiO2
вдоль
границы раздела Si – SiO
2
постоянна;
8) ток через диэлектрик под затвором отсутствует.
На основании допущений 1) и 2) плотность дырочного тока в точке (x,y)
канала
ypp
Eyxpqyxj ),(),(
µ
=
,
где E
y
– напряженность электрического поля вдоль оси OY.
Поскольку распределение p(x,y) неизвестно, воспользуемся усредненным
значением p
ср
(y), которое представляет собой интеграл функции p(x,y) по x в
пределах от 0 до x
к
, деленный на x
к
. Замена p(x,y) на p
ср
(x,y) дает усредненную
по оси OX плотность тока. Умножив ее на площадь Zx
к
, получим :
yo р p ст
EyZQI )(
µ
=
. (1) 
                                           39

      3.2. ВА Х М Д П -тр анзистор а синдуцир ованны м к аналом

      Кр утой участок . Н а рис. 4 показана схем атическая структура полевого
транзистора с инд уцированны м прям оугольны м каналом д лины L в
направлении оси 0Y, глубины xк(y) и ш ирины Z в направлении оси 0Z,
перпенд икулярной плоскости рисунка. Д лина канала в м ощ ны х транзисторах
составляетоколо 1 м км , а вМ Д П БИ С – 0,1 м км . Н ачало коорд инатсовм ещ ено
с границей разд ела полупровод ник – д иэлектрик около истока. Считаем , что
потенциал истока равен нулю (ψис=0), а к затвору прилож ен отрицательны й
потенциал Uзи=0. Под лож ка n-типа соед инена со стоком и им еетпотенциал
ψис=0.
      При отсутствии затворного напряж ения (Uзи=0) в под лож ке n-типа
сущ ествуетслой накопления электронов, навед енны й полож ительны м заряд ом
в окисле и на поверхностны х состояниях QSiO2>0, а такж е контактной
разностью потенциалов                     м еталл – полупровод ник ϕм п. При под аче
опред еленного затворного потенциала образуется канал толщ иной xк, через
которы й протекаеттокIст. В ы ход ная В А Х Iст=Iст(Uзи,Uси) вы вод ится обы чно при
след ую щ их д опущ ениях [2]:
       1) ток в канале обусловлен д рейф ом под виж ны х носителей (д ы рок) под
д ействием разности потенциалов м еж д у стоком и истоком Uси<0, электронная
составляю щ ая тока отсутствует;
       2) под виж ность носителей µp в канале считается постоянной и не
зависящ ей отврем ени;
       3) токчерез под лож куотсутствуети под лож ка нейтральна;
       4) генерацией и реком бинацией носителей тока вканалепренебрегаем ;
       5) изм енение толщ ины канала xк(y) вд оль оси 0Y м ало (приближ ение
непреры вного канала);
       6) в канале присутствует только прод ольная составляю щ ая
электрического поля Ey. В слое объ ем ного заряд а под каналом присутствует
только поперечная составляю щ ая электрического поля Ex;
       7) плотность заряд а в окислеи на поверхностны х состояниях QSiO2 вд оль
границы разд ела Si – SiO2 постоянна;
       8) токчерез д иэлектрикпод затвором отсутствует.
       Н а основании д опущ ений 1) и 2) плотность д ы рочного тока в точке(x,y)
канала
        j p ( x , y ) = qµ p p ( x , y ) E y ,
      гд еEy – напряж енностьэлектрического поля вд ольоси OY.
      Посколькураспред елениеp(x,y) неизвестно, воспользуем ся усред ненны м
значением pср(y), которое пред ставляетсобой интеграл ф ункции p(x,y) по x в
пред елах от0 д о xк, д еленны й на xк. Зам ена p(x,y) на pср(x,y) д аетусред ненную
по оси OX плотностьтока. У м нож ивеена площ ад ьZxк, получим :

      I ст = µ p ZQoр ( y ) E y .                                           (1)

Страницы