4.2 Полевой транзистор с изолированным затвором (мдп-транзистор)

Этот транзистор имеет структуру металл - диэлектрик - полупроводник и может быть двух типов: с индуцированным каналом (рис. 4.4,а) и с встроенным каналом (рис. 4.4,б). Если основой транзистора является кремний, то диэлектриком может быть слой окиси кремния, поэтому такую структуру иногда называют МОП-транзистор (металл - окисел - полупроводник).

а)	б)
Рис. 4.4 Структура МДП ПТ с индуцированным (а) и встроенным (б) каналами.

Транзистор с индуцированным каналом имеет области истока n⁺ и стока n⁺, которые выведены путем металлизации через отверстие в окиси кремния на контакты - исток и сток. На слой двуокиси окиси кремния напыляют слой алюминия, служащий затвором. Можно считать, что алюминиевый затвор и полупроводниковый материал p-типа образуют плоский конденсатор с окисным диэлектриком, Если на металлическую часть затвора подать положительное напряжение, то положительный заряд обкладки затвора индуцирует соответствующий отрицательный заряд в полупроводниковой области канала. С возрастанием положительного напряжения этот заряд, созданный притянутыми из глубины p-области проводника электронами, которые являются неосновными носителями, превращает поверхностны слой полупроводника p-типа в проводящий канал n-типа, соединяющий исходные n⁺-области истока и стока. Поэтому уменьшается сопротивление материала между истоком и стоком, что ведет к увеличению тока стока. Таким образом, благодаря электростатической индукции между истоком и стоком происходит инверсия типа проводимости полупроводника. Слой полупроводника p-типа превращается в полупроводник n-типа. До инверсии сопротивление между истоком и стоком определяется сопротивлением закрытого перехода, так как до инверсии имеет место структура n⁺-р-n⁺. После инверсии образуется n-проводимость и структура становится n⁺-n-n⁺. Меняя напряжение на затворе, можно управлять током стока. Если взять подложку n-типа, то можно построить МДП-транзистор с индуцированным p-каналом, который управляется отрицательным напряжением на затворе.

Транзистор с встроенным каналом имеет конструкцию, подобную предыдущей. Между истоком и стоком методом диффузии создают слаболегированный канал c проводимостью n^--типа при проводимости подложки p-типа. Возможно другое сочетание. Канал имеет проводимость p-типа, а подложка — проводимость n-типа. В отсутствие напряжения на затворе (рис. 2.91б) ток между истоком и стоком определяется сопротивлением n^--канала. При отрицательном напряжении на затворе концентрация носителей заряда и канале уменьшится и в нем появляется обедненный слой. Сопротивление между истоком и стоком увеличивается и ток уменьшается. При положительном напряжении на затворе ток стока увеличивается, потому что в канале индуцируется дополнительный отрицательный заряд, увеличивающий его проводимость.

На рис. 4.4 приведены характеристики прямой передачи МДП-транзисторов с индуцированным (кривая 2) и встроенным (кривая 1) каналами.

Из рисунка видна квадратичность передаточной характеристики. Теоретически характеристика прямой передачи описывается следующим выражением:

при .(3.41)

Здесь А - постоянный коэффициент; U_{ЗИ ПОР} - напряжение, которое для транзистора с индуцированным каналом принято называть пороговым. Инверсия типа проводимости начинается лишь при достижении напряжения U_ПОР.

Рис. 4.4 Характеристики прямой передачи МДП ПТ.

Выходные характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа приведены на рис. 4.5,а со встроенным каналом - на рис. 4.5,б.

В области U_CИ < |U_ЗИ - U_{ЗИ ПОР}| теоретический ток стока

. (3.42)

Уравнение (3.42) описывает восходящие ветви выходной характеристики Входное сопротивление МДП-транзистора из-за наличия изолятора между затвором и каналом составляет около 10¹² - 10¹⁴ Ом и уменьшается с ростом частоты вследствие шунтирования входной емкостью транзистора. Выходное сопротивление находится в пределах десятков - сотен килоом. Входная и выходная емкости составляют единицы пикофарад, а проходная емкость - десятые доли пикофарад.

а)	б)
Рис. 4.5 Выходные характеристики ПТ с индуцированным  (а) и встроенным (б) каналами.

Литература

№/№	Автор (ы)	Наименование	Год изд.	Кол - во в библ. НГТУ
1	Пасынков В.В., Чиркин Л.К.	Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов.	2003 Лань,	69
2	Тригуб В.И., Плотнов А. В.	Методы исследования материалов и структур электроники: Учеб. пособие	2002. НГТУ	59
3	Гуртов В.А.	Твердотельная электроника	2005. Техносфера,	16
4	Мерзляков И.Н., Хранилов В.П., Штернов А.А.	Элементная база микроэлектроники. Учебное пособие ч. 1,2,3	2004 НГТУ	30