9 Электроника Лекции в презентациях 2012

Характеристики и параметры

Параметры, характеризующие свойства транзистора усиливать напряжение.

 Крутизна стокозатворной характеристики S (крутизна характеристики полевого транзистора):

Обычно задается uзи=0. При этом для транзисторов рассматриваемого типа крутизна максимальная. Для КП103Л S = 1,8...3,8

мА/В при uис = 10В, uзи= 0, t = 20°С.

Внутреннее дифференциальное сопротивление Ruc. диф (внутреннее сопротивление)

Для КП103Л Ruc. диф = 25 кОм при uис = 10 В, uзи = 0.

32

Характеристики и параметры

Коэффициент усиления

Можно заметить, что

Для КП103Л при S= 2 мА/В и Ruc. диф= 25 кОм М = 2 (мА/В) • 25 кОм = 50.

 Инверсное включение транзистора. Полевой транзистор,

как и биполярный, может работать в инверсном режиме. При этом роль истока играет сток, а роль стока — исток.

Прямые (нормальные) характеристики могут отличатьcя конструктивно и технологически.

33

Характеристики и параметры

 Частотные (динамические) свойства транзистора. В полевом транзисторе в отличие от биполярного отсутствуют инжекция неосновных носителей и их перемещение по каналу, и поэтому не эти явления определяют динамические свойства. Инерционность полевого транзистора определяется в основном процессами перезаряда барьерной емкости р-п-перехода. Свое влияние оказывают также паразитные емкости между выводами и паразитные индуктивности выводов.

 В справочных данных часто указывают значения следующих дифференциальных емкостей, которые перечислим ниже:

входная емкость Сзи — это емкость между затвором и истоком при коротком замыкании по переменному току выходной цепи;

проходная емкость Сзи — это емкость между затвором и стоком при разомкнутой по переменному току входной цепи;

выходная емкость Сис — это емкость между истоком и стоком при коротком замыкании по переменному току входной цепи.

34

Перспективные транзисторные структуры

Основная тенденция развития микроэлектроники заключается в непрерывном росте степени интеграции элементов на кристалле.

В соответствии с этой тенденцией уменьшаются линейные размеры транзисторных структур и, соответственно, увеличивается плотность размещения элементов на кристалле. Естественно, что такая тенденция не может продолжаться, и прежде всего из-за достижения физических пределов отдельных транзисторных структур.

Физические процессы диффузии, дрейфа, статистические законы, законы термодинамики работают в определенных граничных и начальных условиях.

Уменьшение геометрических параметров транзисторных структур, переход от микро к наноразмерам приводит к переходу в другую область физики явлений, к принципиально другому процессу обработки информационных сигналов.

Наноструктуры заменят традиционные транзисторы.

(НАУКА И ЖИЗНЬ №7, 2005 год)

36

Перспективные транзисторные структуры

Современные транзисторные структуры имеют толщину подзатворного оксида - 0,8 нм, что оценивается толщиной в три атомных слоя. При этом наблюдается рост тока утечки, вызванный процессами туннелирования через тонкий слой окисла. Даже в отключенном транзисторе происходят процессы утечки зарядов.

С уменьшением толщины электродов истока, стока и затвора возрастает их омическое сопротивление и, как следствие, необходимо большее значение напряжения для переключения прибора, увеличения потребляемой мощности.

Для выхода из сложившегося тупика предложено несколько вариантов. Первый вариант связан с увеличением числа логических ячеек, работающих при разных пороговых напряжениях, соответствующих их структуре. Токи утечки при этом могут быть снижены в транзисторных структурах, к быстродействию которых не предъявляются жесткие требования. Все это связано с новым подходом к процессу проектирования интегральных схем. Другой вариант связан с созданием принципиально новых транзисторных структур.

37

Перспективные транзисторные структуры

 Транзисторы со сверхтонким основанием

Транзисторы со сверхтонкой пленкой-основанием выполняются на пленке кремния толщиной 30—40 нм, нанесенной сверху оксидного слоя. При этом это основание может быть частично или полностью обеднено носителями. Если тонкая пленка полностью обеднена подвижными носителями при всех значениях напряжения смещения, то в области канала заряда нет. В этом случае электрическое поле в инверсионном слое прибора меньше, чем в обычных приборах с сильнолегированной областью канала, выполненных на объемном материале. Такие транзисторы обладают большой крутизной ВАХ. Такая структура лежит в основе Terahertz-транзисторов фирмы Intel, частота переключения которых составляет 1000 ГГц или 1 ТГц.

Транзистор изготавливается на слое из кремния толщиной 30 нм, использование оксида кремния вместо традиционного диоксида кремния позволяет снизить ток утечки через затворный диэлектрик на четыре порядка.

38

Перспективные транзисторные структуры

Транзисторы со сверхтонким основанием

Структура МОП транзистора (а) и Terahertz -транзистора (б)

Как предполагается, такие транзисторы станут базовыми разработками микропроцессоров фирмы Intel с минимальными топологическими нормами 20 нм, быстродействием 20 ГГц и рабочим напряжением 1 В. В одном чипе микропроцессора разместится 106

Графеновый транзистор

Компания IBM создала прибор с рекордно высоким для транзисторов на базе графена быстродействием и расширенным диапазоном рабочих температур. Выяснилось, что новый графеновый транзистор хорошо себя чувствует вплоть до температуры в 4,3 кельвина (°С = K − 273,15). На испытаниях прибор показал очень высокую частоту среза 155 гигагерц.

Физики открыли самоохлаждение графеновых транзисторов. Ранее не наблюдавшееся в графеновой электронике явление означает, что в перспективе подобные схемы можно будет уплотнять, не сталкиваясь с проблемой перегрева и обходясь сравнительно простыми системами отвода тепла.

40