2014_4434

Здесь следует отметить, что подложка действует вполне аналогично затвору в полевом транзисторе с управляющим p–n-переходом. Об-

ратное напряжение на переходе исток-подложка UB расширяет ОПЗ под каналом и подзапирает канал, индуцированный полем основного

изолированного затвора. При NA 1015 см 3 0.

Рис. 4.4. Напряженности поля в области обеднения стока МДП-транзистора

В реальных МДП-транзисторах ток стока в пологой области ВАХ растет с увеличением напряжения на стоке из-за уменьшения длины канала обедненной областью стока (см. рис. 4.3 и 4.4).Этот эффект, называемый эффектом модуляции длины канала, вполне аналогично эффекту Эрли в биполярном транзисторе и полевом транзисторе с управляющим p–n-переходом. Его влияние на ток стока также можно учесть на основе соотношения, аналогичного выражению (3.10), с уче-

том того, что ширина обедненной области у стока D здесь может быть вычислена более сложным образом.

4.3. Описание лабораторной установки

Пороговое напряжение МОПТ и его вольт-амперные характеристики измеряются с помощью модульного учебного комплекса МУК-ФОЭ1 (см. приложение 1). Для выполнения лабораторной работы требуются: миллиамперметр, два вольтметра, два генератора напряжения для входной и выходной цепи соответственно. Исследуемый кремниевый транзистор IRFD014 входит в состав универсального стенда СЗ-ЭЛ01 (см. приложение 1) и обозначен на нем как VT4.

52

Принципиальная схема для измерений статических ВАХ МОПТ, включенного с ОИ, изображена на рис. 4.5. Данная схема обеспечивает измерение передаточных и выходных характеристик транзистора.

Рис. 4.5. Схема измерения ВАХ n-канального МОПТ, включенного с ОИ

Рис. 4.6. Схема для измерения порогового напряжения n-МОПТ (а) и методика его определения (б)

53

Для проведения измерений порогового напряжения n-канального МОПТ VT4 следует использовать схему измерений представленную на рис. 4.6.

Схема собирается соединительными проводами. В процессе сборки для сложных узлов следует использовать фрагменты общих шин, имеющихся на стенде СЗ-ЭЛ01. Студент может приступить к выполнению работы только после проверки собранной схемы преподавателем.

4.4.Порядок выполнения работы

1.Выписать из справочника предельно-допустимые параметры исследуемого МОПТ VТ4-IRFD014, а также его пороговое напряжение.

2.Собрать схему для измерения порогового напряжения (см.

рис. 4.6, а) и снять зависимость ID (UG ) в диапазоне изменения UG от 0 до 4…5 В. Записать экспериментальные данные в соответствующую

таблицу, построить графическую зависимость ID ,mA12 . Пороговое

напряжение находится как точка пересечения экстраполяционной прямой с осью напряжений (см. рис. 4.6, б).

3.Собрать схему для измерения статических ВАХ МОПТ (см. рис. 4.5). Зафиксировав на стоке напряжение UD примерно в 1 В, плавно изменяя напряжение на затворе (начиная с нуля), определить пороговое напряжения как напряжение открытия канала МОПТ (появления тока стока). Сравнить полученные данные с результатами п. 2 и сделать выводы.

4.Приступить к исследованию передаточных ВАХ транзистора.

Для этого снять семейство ID (UG ) при UD = 0,25 В; UD = 0,5 В и UD = 1 В. Записать экспериментальные данные в соответствующую

таблицу, построить графические зависимости и объяснить их особенности.

5. Измерить семейство выходных характеристик ID (UD ) , обращая

особое внимание на начальный участок выходной ВАХ. Напряжение на затворе принять равным примерно UG = 1,1UT ; 1,15UT ; 1,2UT ;

1,25UT 1,3UT . Записать экспериментальные данные в соответствую-

щую таблицу, построить графические зависимости и объяснить их особенности, выделив крутой и пологий участки.

6. Для каждой из пяти линий семейства выходных характеристик графически определить величину напряжения насыщения и сравнить

54

полученные результаты с теоретическими величинами на основе формулы UDнас UDS UG UT . На графике передаточных характери-

стик определить, к какой области (крутой или пологой) относятся линии семейства.

7. Рассчитать по выходным характеристикам на пологом участке зависимость крутизны от напряжения на затворе в соответствии с

Контрольные вопросы

1.Поясните конструкцию и принцип действия МДП-транзистора с индуцированным каналом.

2.Объясните особенности выходных и передаточных ВАХ n- и p- канальных МДП-транзисторов обогащенного типа.

3.В чем состоит особенность изготовления МОПТ по самосовмещенной технологии?

4.Что называется потенциалом инверсии на поверхности полупроводника, и от каких конструктивно-технологических параметров он зависит?

5.Поясните, чем состояние сильной инверсии отличается от состояния слабой инверсии?

6.Опишите основные особенности состояния МДП-структуры, когда на затворе величина напряжения равняется пороговому напряжению.

7.Какой геометрический параметр связан с пороговым напряжением МДПТ и какой вид (линейная, квадратичная и т. д.) у этой зависимости?

8.Каким образом технолог может управлять величиной порогового напряжения МДП-транзистора?

55

9.Поясните, что такое напряжение плоских зон и какому параметру p–n-перехода оно аналогично?

10.Каким образом смещение подложки изменяет пороговое напряжение?

11.Поясните, какой знак у заряда в окисле и заряда поверхностных состояний и как они влияют на величину порогового напряжения?

12.Какой знак имеет заряд ионизованных акцепторов и как он влияет на величину порогового напряжения?

13.Объясните, каким образом ориентация кристалла подложки влияет на пороговое напряжение МДП-транзистора?

14.Поясните, в каком режиме работы (омическом или насыщения)

будет находиться МДП-транзистор, еслиUG UD ?

15.Опишите эффекты короткого канала в МДП-транзисторе.

16.Что такое подпороговые токи в МДП-транзисторе?

17.Дайте определение удельной крутизны МДП-транзистора и объясните зависимость крутизны от конструктивных параметров и режима работы транзистора.

18.Объясните влияние потенциала на подложке на ВАХ МДПтранзистора.

19.Как известно в состоянии насыщения МОПТ происходит отсечка канала. Поясните, почему же тогда в пологой области ток стока продолжает течь?

20.От чего зависит граничное напряжение на стоке, при котором ВАХ транзистора переходит из крутой области в пологую?

56

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основной

1.Старосельский В.И. Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники. – М., 2009

2.Зебрев Г.И. Физические основы кремниевой наноэлектроники. – М.:

БИНОМ, 2011.

3.Лебедев А.И. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Физматлит,

2008.

4.Воронков Э.Н., Гуляев А.М., Мирошникова И.Н., Чарыков Н.А. Твердо-

тельная электроника. – М.: ИЦ Академия, 2009.

5.Россадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника. – М.: Высш.

шк., 1991.

6.Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. – СПб.:

Лань, 2002.

7.Макаров Е.А., Усольцев Н.В. Твердотельная электроника. – Новосибирск: НГТУ, 2004.

8.Модульный учебный комплекс МУК-ФОЭ1. Техническое описание. – Новосибирск, 2005.

9.Стенд с объектами исследования С3-ТТ02. Техническое описание. – Новосибирск, 2005.

10.Стенд с объектами исследования С3-ЭЛ01. Техническое описание. – Новосибирск, 2005.

Дополнительный

11.Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. – М.: Мир, 1989.

12.Шур М. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Мир, 1992.

13.Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. Т. 1–2.– М.: Мир, 1984.

14.Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М.: ЛБЗ, 2000.

Дополнительная литература, доступная в Интернет

15.El-Kareh Silicon devices and process integration – Springer, 2009

16.Kwok.K. Ng Complete Guide to Semiconductor Devices.– N.Y. 2002

17.Neamen D.A. Semiconductor Physics and Devices

18.Stretman B. Solid State Electronic Devices. 1995

19.Arora N. MOSFET modeling for VLSI simulation – 2007

57

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложения 1

МОДУЛЬНЫЙ УЧЕБНЫЙ КОМПЛЕКС МУК-ФОЭ

1.1.Основные приборы

1.1.1.Генератор напряжения/тока ГНЗ-01

На схеме, изображающей генератор напряжения/тока, приняты следующие обозначения:

1 – выходные гнезда генератора постоянного напряжения (0…+5 В)/

тока (0…20 мА);

2 – выходные гнезда генераторапостоянногонапряжения (0…+15 В); 3 – кнопка включения питания; 4 – кнопка выбора режима «генератор напряжения» (кнопка отжата)/

«генератор тока» (кнопка нажата); 5 – регулятор выходного напряжения/тока генератора постоянного

напряжения (0…+5 В)/ тока (0…20 мА); 6 – регулятор выходного напряжения генератора постоянного

напряжения (0…+15 В).

58

1.1.2. Ампер-вольтметр АВ1-09 (2 шт.)

Принятые обозначения:

1 – цифровой индикатор значения тока; 2 – кнопки выбора предела измерений (верхний ряд – амперметр,

нижнийряд– вольтметр); 3 – цифровой индикатор значения напряжения;

4 – кнопка включения питания; 5 – входные гнезда амперметра (вывод земли обозначен звездочкой);

6 – кнопка переключения режима измерения тока (кнопка нажата – мкА, кнопка отжата – мА);

7 – кнопка переключения типа входного сигнала (кнопка нажата – переменный сигнал, кнопка отжата – постоянный сигнал);

8 – кнопка переключения режима измерения напряжения (кнопка нажата – мВ, кнопка отжата – В);

9 – входные гнезда вольтметра (вывод земли обозначен звездочкой).

59

1.2.Универсальные тестовые стенды

1.2.1.С3-ТТ02 – набор диодов/стабилитронов

60