2 Шумы мдп-транзисторов

Источники шума и механизмы их воздействия на ток стока в МДП-транзисторах в основном аналогичны тем, которые были рассмотрены для полевых транзисторов с управляющим переходом. Существует одно важное различие - в МДП-транзисторах сильнее выражен 1/f шум. Причиной этого являются ловушки, расположенные в слое диэлектрика, отделяющий металлический затвор от полупроводника. Носители заряда, движущиеся в канале, захватываются и освобождаются такими ловушками путем тоннельных переходов. Вероятность последних зависит от расстояния между ловушкой и границей раздела диэлектрик-полупроводник: чем меньше расстояние, тем больше вероятность. Наложение процессов генерации – рекомбинации с разными временами релаксации может привести к спектру шума типа 1/f.

Дробовый шум затвора МДП-транзистора значительно меньше, чем у транзистора с управляющим переходом. Это связано с малостью тока утечки затвора МДП-транзистора.

10 Приборы с зарядовой связью

Прибор с зарядовой связью (ПСЗ) - полупроводниковый прибор, имеющий большое число близкорасположенных и изолированных от подложки затворов (МДП-структур), и под которыми может происходить перенос к стоку информационных пакетов неосновных носителей заряда , инжектированных из истока, либо возникших в подложке при воздействии оптического излучения.

Две основные особенности ПСЗ: а) это полупроводниковый прибор, представляющий собой семейство полевых транзисторов. Однако принцип его работы подобно БТ основан на движении неосновных носителей. б)Так как непрерывный канал, проводящий между истоком и стоком отсутствует а движение заряда происходит от затвора к затвору, то для реализации такого движения на затворы необходимо подавать соответствующие напряжения. Поэтому в отличие от всех ранее рассмотренных ППП, ПЗС является динамическим ППП, функционирование которого возможно при подаче постоянно изменяющегося по величине управляющего напряжения.

П ринцип действия ПЗС заключается в следующем.

Прибор выполнен на подложке из n-кремния и имеет две высоколегированные p+-области использующиеся соответственно как исток и сток. Между этими областями расположено семь затворов. Затвор расположенный непосредственно рядом с истоком, является управляющим, остальные необходимы для переноса неосновных носителей от истока к стоку. Как показано на рис. 10.1, они попарно соединены между собой через два затвора, образуя три секции переноса. Таким образом, прибор, кроме трех традиционных для полевого транзистора выводов – исток, затвор, сток снабжен еще тремя управляющими (динамическими) выводами. Для нормального функционирования на секции переноса прибора подаются возрастающие ступенчатые напряжения, причем уровень одного из них меньше по абсолютной величине порогового напряжения МДП-структуры U_пор, а двух других – больше. Уровни напряжений циклически изменяются, создавая в теле n-проводника двигающуюся вслед за изменением ступенчатого напряжения потенциальную яму. Эта яма увлекает за собой неосновные для подложки носители заряда (р рассматриваемом случае - дырки).

Предположим, что в некоторый момент времени на управляющий затвор ПДС подано напряжение U_упр, достаточное для образования под ним проводящего канала, а на первую секцию затвора переноса, больше, чем Uпор.,т.е. |U1|>|Uупр.|>|Uпор.| В этом случае под затвором первой секции переноса существует потенциальная яма, в которую через канал, образованный управляющим затвором, из области истока будут перемещаться неосновные носители заряда – дырки. Под левым затвором секции переноса будет накапливаться некоторый положительный заряд. Этот заряд пропорционален напряжению U₁(б). К моменту циклического изменения напряжений переноса напряжение с управляющего затвора снимается. Канал между истоком и потенциальной ямой запирается, а под левым затвором первой секции переноса образуется некоторый пространственный заряд из инжектированных истоком дырок. После смены напряжений на затворках секций переноса наибольшее по абсолютной величине напряжение будет приложено ко второй секции, т.е. |U₂|>|U₁|>|U_пор|. Вследствие этого, объемный заряд, накопленный под затвором первой секции, будет протекать в потенциальную яму образовавшуюся под затвором второй секции. При этом дополнительная подпитка этого заряда со стороны истока будет отсутствовать, так как проводящий канал заперт |U_упр|>|U_пор| (рис.в). Таким образом, на втором такте изменение напряжения переноса весь объемный заряд, накопленный в первом такте под затвором первой секции, переместится под затвор второй секции.

При следующих тактах изменения напряжения переноса объемный заряд будет перемещаться от секции к секции по направлению к стоку.

На шестом такте изменения напряжения переноса объемный заряд достигнет крайнего правого затвора первой секции и т.к. |U_з|>|U_с|, то произойдет его экстракция в область стока. Это сопровождается появлением на выводе стока некоторого напряжения или протеканием в соответствующей цепи импульса тока.

Е сли в начальный момент напряжение на управляющем электроде больше порогового (рис. д), т.е. |U_упр|>|U_пор|, то накопление объемного заряда под затвором первой секции не произойдет и через семь тактов напряжения переноса с вывода стока будет снято нулевое напряжение.

Таким образом, прибор способен передавать фиксированные порции электрического заряда от истока к стоку, причем величина этого заряда определяется значением управляющего напряжения U_упр, а время задержки передачи зависит от частоты изменения напряжения на секции переноса.

Основные параметры ПСЗ

Параметры характеризуются эффективности передачи заряда

η=ΔQi+1/ΔQi, где ΔQi – заряд, находившийся под i-м затвором;

ΔQi+1 – заряд, находившийся под i+1-м затвором.

б) коэффициентом потерь K_n=1-η. На рис.10.2 показана зависимость изменения K_n от частоты изменения напряжения передачи.