110) Полевые транзисторы на мдп-структурах.

 Исследования показали, что управлять проводимостью тонкой полупроводниковой пластины можно и с по­мощью проводящего электрода — затвора, расположенно­го очень близко от пластины (расстояние в доли микрона). Для получения такого малого расстояния между затвором и полупроводниковой областью располагается тонкий слой диэлектрика. Поэтому эти приборы называют полевыми транзисторами МДП-типа (от первых букв полного назва­ния «металл — диэлектрик — полупроводник»). За рубежом популярно несколько иное название: приборы MOS-типа - от названия структуры «металл - окисел — полу­проводник», в которой окисел кремния играет роль ди­электрика под затвором.

Гово­рить о входной характеристике МДП-транзистора не имеет смысла — входной ток практически равен нулю (или ничтожно мал из-за утечек) при любой полярности напряжения на затворе. Это полностью исключает нелинейные искажения, связанные с нели­нейностью входной характеристики.

Полевые МДП- транзисторы могут быть двух классов с n-канальным затвором и р-канальным. То есть, как и биполярные транзисторы, они являются комплементарны­ми приборами, отличающимися противоположной поляр­ностью всех напряжений и токов. Кроме того, приборы могут иметь встроенный проводящий канал (т. е. они нормально открыты) или индуцированный затвором канал (такие приборы нормально закрыты). На основе интеграции многих сотен и тысяч элементарных МДП-структур были созданы мощные МДП-транзисторы с рабочими напряжениями до 800—1000В и рабочими токами от единиц до десятков ампер. Мощные МДП-транзисторы имеют различные конструкции. Есть прибо­ры с V-образной канавкой, или VMOS-типа, приборы фирмы Siemens с особой структурой SIMPMOS и т. д. Полевые транзисторы не только имеют «ламповые» характеристики и высокое входное сопротивление. Они имеют квадратичный участок передаточной характеристики, порой переходящий в довольно протяженный линейности участок. ВАХ полевых транзисторов характерны плавными перегибами, что способствует уменьшению нели­нейных искажений при перегрузках. Отсутствие явления накопления избыточных зарядов в структуре и высокое быстродействие уменьшают динамические искажения при перегрузке усилителей на таких приборах. По такому важному параметру, как добротность (от­ношение крутизны S к суммарной емкости электродов С₀) мощные полевые транзисторы намного превосходят луч­шие типы электронных ламп.

111) Приборы с зарядовой связью.

(ПЗС) - интегральная схема, представляющая собой совокупность МДП-структур, сформированных на общей полупроводниковой подложке т. о., что полоски электродов образуют линейную или матричную регулярную структуру. Величина зазора между соседними МДП-структурами невелика и составляет 1-2 мкм (рис. 1). ПЗС-элементы служат для преобразования оптического излучения в электрические сигналы и передачи информации от одного элемента электронной схемы к другому.

Рис. 1. Структура прибора с зарядовой связью (фрагмент): 1- кристалл кремния; 2 - вход - выход; з- металлические электроды; 4- диэлектрик.

Рассмотрим принцип работы ПЗС.

Рис. 6.19. Устройство и принцип работы приборов с зарядовой связью

При подаче обедняющего импульса напряжения VG1 на затвор 1-го элемента в ОПЗ полупроводника образуется неравновесный слой обеднения. Для электронов в полупроводнике р-типа это соответствует формированию под затвором 1-го элемента потенциальной ямы. Известно, что неравновесное состояние сохраняется в период времени t порядка времени генерационно-рекомбинационных процессов τген. Поэтому все остальные процессы в ПЗС-элементах должны проходить за времена меньше τген. Пусть в момент времени t1 >> τген в ОПЗ под затвор 1-го элемента инжектирован каким-либо образом информационный заряд электронов (рис. 6.19б). Теперь в момент времени t2 > t1, но t2 << τген на затвор 2-го ПЗС-элемента подадим напряжение VG2 > VG1, способствующее формированию более глубокой потенциальной ямы для электронов под затвором 2-го элемента. Вследствие диффузии и дрейфа возникнет поток электронов из ОПЗ под 1-м элементом в ОПЗ под вторым элементом, как показано на рисунке 6.19в.

Когда весь информационный заряд перетечет в ОПЗ 2-го ПЗС-элемента, напряжение на затворе V_G1 снимается, а на затворе V_G2 уменьшается до значения, равного V_G1 (см. рис. 6.19г).

Произошла передача информационного заряда. Затем цикл повторяется и заряд передается дальше в ОПЗ 3-го ПЗС-элемента. Для того, чтобы приборы с зарядовой связью эффективно функционировали, необходимо, чтобы время передачи t_пер от одного элемента к другому было много меньше времени генерационно-рекомбинационных процессов (t_пер << τ_ген). Не должно быть потерь информационного заряда в ОПЗ вследствие захвата на поверхностные состояния, в связи с чем требуются МДП-структуры с низкой плотностью поверхностных состояний (Nss ≈ 10¹⁰ см^-2·эВ^-1)