Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов




НазваниеДоклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов
Дата конвертации04.04.2013
Размер445 b.
ТипДоклад


Доклад на тему

  • Полевые транзисторы


Устройство МДП транзисторов

  • Термин «МДП-транзистор» используется

  • для обозначения полевых транзисторов, в которых управляющий электрод (затвор) отделен от активной области

  • диэлектрической прослойкой (изолятором). Основным элементом для этих транзисторов

  • является структура металл-диэлектрик-

  • -полупроводник.

  • МДП-транзистор изготавливается

  • на монокристаллическом п/п (подложке).

  • Две сильнолигированные области

  • противоположного с подложкой типа

  • проводимости: исток и сток. Область,

  • находящаяся под затвором между

  • истоком и стоком: канал. Диэлектрический слой, расположенный между затвором и каналом: подзатворный диэлектрик.



МДП-транзистор

  • В полевых транзисторах для реализации транзисторного эффекта применяется только один тип носителей. По этой причине полевые транзисторы называются униполярными.

  • Физической основой работы МДП транзистора является эффект поля. В структурах МДП внешнее поле обусловлено приложенным напряжением на металлический электрод (затвор) относительно полупроводниковой подложки.

  • В зависимости от знака и величины приложенного

  • напряжения различают три состояния

  • приповерхностной области полупроводника:

  • обогащение, обеднение и инверсия.

  • Обогащение: Этому состоянию

  • соответствует знак напряжения

  • на металлическом электроде (затворе),

  • притягивающий основные носители

  • (для n-типа, VG > 0, ψs > 0).



  • Обеднение: Этому состоянию

  • соответствует небольшое по величине

  • напряжение, отталкивающее основные

  • носители (для n-типа, VG < 0, ψs < 0).

  • Инверсия: Такому состоянию

  • соответствует большое по величине

  • напряжение на затворе, соответствующее

  • значительным изгибам зон и вызывающее

  • обогащение поверхности неосновными

  • носителями заряда

  • (для n-типа, VG << 0, ψs < 0).



Характеристики МОП ПТ в области плавного канала

  • Рассмотрим п/п представленный на рисунке со следующими условиями:

  • 1. Токи через р n переходы истока, стока и подзатворного диэлектрика равны нулю.

  • 2. Подвижность электронов μn постоянна по глубине и длине L инверсионного канала и не зависит от напряжения на затворе VGS и на стоке VDS.

  • 3. Канал плавный, то есть в области канала нормальная составляющая электрического поля Еz существенно больше тангенциальной Еy.







Характеристики МОП ПТ в области отсечки

  • По мере роста напряжения исток сток VDS в канале может наступить такой момент, когда произойдет смыкание канала, т.е. заряд электронов в канале в некоторой точке станет равным нулю. Это соответствует условию:

  • Поскольку максимальная величина напряжения V(y) реализуется на стоке, то смыкание канала или отсечка произойдет у стока. Напряжение стока VDS, необходимое для смыкания канала, называется напряжением отсечки V*DS. С ростом напряжения стока VDS точка канала, соответствующая условию отсечки, сдвигается от стока к истоку.

  • В первом приближении при этом на участке плавного канала от истока до точки отсечки падает одинаковое напряжение, не зависящее от напряжения исток сток.



Выражение для тока стока:

  • Выражение для тока стока:



При значительных величинах напряжения исток сток и относительно коротких каналах (L = 10÷20 мкм) в области отсечки наблюдается эффект модуляции длины канала. При этом точка отсечки смещается к истоку и напряжение отсечки VDS* падает на меньшую длину канала. Это вызовет увеличение тока IDS канала.

  • При значительных величинах напряжения исток сток и относительно коротких каналах (L = 10÷20 мкм) в области отсечки наблюдается эффект модуляции длины канала. При этом точка отсечки смещается к истоку и напряжение отсечки VDS* падает на меньшую длину канала. Это вызовет увеличение тока IDS канала.

  • ВAX МДП транзистора с учетом модуляции длины канала имеет следующий вид:



Эффект смещения подложки

  • Приложенное напряжение между истоком и подложкой Vss при условии наличия инверсионного канала падает на обедненную область индуцированного р n перехода.

  • В этом случае при прямом его смещении будут наблюдаться значительные токи, соответствующие прямым токам р n перехода. Эти токи попадут в стоковую цепь и транзистор работать не будет. Поэтому используется только напряжение подложки , Vss соответствующее обратному смещению индуцированного и истокового р n перехода. По полярности это будет напряжение подложки противоположного знака по сравнению с напряжением стока. При приложении напряжения канал-подложка происходит расширение ОПЗ и увеличение заряда ионизованных акцепторов:



Поскольку напряжение на затворе VGS постоянно, то постоянен и заряд на затворе МДП транзистора Qm. Следовательно, из уравнения электронейтральности вытекает, что если заряд акцепторов в слое обеднения QB вырос, заряд электронов в канале Qn должен уменьшиться.

  • Поскольку напряжение на затворе VGS постоянно, то постоянен и заряд на затворе МДП транзистора Qm. Следовательно, из уравнения электронейтральности вытекает, что если заряд акцепторов в слое обеднения QB вырос, заряд электронов в канале Qn должен уменьшиться.

  • С этой точки зрения подложка выступает как второй затвор МДП транзистора, поскольку регулирует также сопротивление инверсионного канала между истоком и стоком.

  • При возрастании заряда акцепторов в слое обеднения возрастет и пороговое напряжение транзистора VТ. Изменение порогового напряжения будет равно:



Малосигнальные параметры МДП-транзистора

  • Крутизна переходной характеристики S:

  • Эта величина характеризуется изменением тока стока при единичном увеличении напряжения на затворе при постоянном напряжении на стоке.

  • Внутреннее сопротивление Ri:

  • Оно характеризует изменение напряжения в выходной цепи, необходимое для единичного увеличения тока стока при неизменном напряжении на затворе.



Коэффициент усиления μ:

  • Коэффициент усиления μ:

  • Этот коэффициент характеризуется изменением напряжения в выходной цепи при единичном изменении напряжения во входной и неизменном токе стока.

  • Очевидно, что в области плавного канала крутизна S и дифференциальное сопротивление Ri будут иметь значения:

  • При этом коэффициент усиления μ, равный их произведению, всегда меньше единицы:

  • Таким образом полевой МДП транзистор как усилитель не может быть использован в области плавного канала.



Влияние типа канала на ВАХ-и МДП-транзисторов

  • Вид ВАХ МДП-транзистора в значительной мере зависит от типа п/п-ой подложки и типа инверсионного канала. Канал, который отсутствует при нулевом напряжении на затворе VG=0, а при увеличении VG появляется - называется индуцированным. Канал, который при нулевом напряжении на затворе VG=0 уже сформировался - называется встроенным.

  • МДП-транзистор с индуцированным каналом при нулевом напряжении на затворе всегда закрыт. Если же канал встроенный, то при VG=0 такой транзистор всегда открыт.

  • ВАХ n-канального МДП-транзистора с индуцированным каналом:





ВАХ p-канального МДП-транзистора со встроенным каналом:

  • ВАХ p-канального МДП-транзистора со встроенным каналом:



ВАХ МДП-транзистора в области сильной и слабой инверсии

  • Для области сильной инверсии, т.е. в приближении плавного канала, ВАХ МДП транзистора выглядит следующим образом:

  • Ее вид совпадает с ВАХ для полевого транзистора в области плавного канала:



Множитель n – число, характеризующее отношение емкости поверхностных состояний Cxx и емкости обедненной области СВ к емкости подзатворного диэлектрика Сox. Значения n могут лежать для реальных МДП структур в диапазоне 1÷5.

  • Множитель n – число, характеризующее отношение емкости поверхностных состояний Cxx и емкости обедненной области СВ к емкости подзатворного диэлектрика Сox. Значения n могут лежать для реальных МДП структур в диапазоне 1÷5.

  • Величина m равна:





МДП-Транзистор как элемент памяти

  • Рассмотрим RC цепочку, состоящую из последовательно соединенных нагрузочного сопротивления RH ≈ 1 МОм и полевого транзистора с изолированным затвором, приведенную на рисунках а, б.

  • Если в такой схеме МДП-транзистор открыт, сопротивление его канала составляет десятки или сотни Oм, все напряжение питания падает на нагрузочном сопротивлении RН и выходное напряжение Uвых близко к нулю.

  • Если МДП-транзистор при таком соединении закрыт, сопротивление между областями истока и стока велико (сопротивление р n перехода при обратном включении), все напряжение питания падает на транзисторе и выходное напряжение Uвых близко к напряжению питания Uпит. Как видно из приведенного примера, на основе системы резистор – МДП-транзистор легко реализуется элементарная логическая ячейка с двумя значениями: ноль и единица.



  • Одним из недостатков приведенной элементарной ячейки информации является необходимость подведения на все время хранения информации напряжения к затворному электроду. При отключении напряжения питания записанная информация теряется. Этого недостатка можно было бы избежать, если в качестве МДП-транзистора использовать такой транзистор, у которого регулируемым образом можно было бы менять пороговое напряжение VT.



На рисунке приведена схема, показывающая основные конструктивные элементы МНОП-транзистора.

  • На рисунке приведена схема, показывающая основные конструктивные элементы МНОП-транзистора.



На рисунке а приведена зонная диаграмма МНОП транзистора. Рассмотрим основные физические процессы, протекающие в МНОП транзисторе при работе в режиме запоминающего устройства. При подаче импульса положительного напряжения +VGS на затвор вследствие разницы в величинах диэлектрических постоянных окисла и нитрида в окисле возникает сильное электрическое поле. Это поле вызывает, как показано на рисунке б, туннельную инжекцию электронов из полупроводника через окисел в нитрид. Инжектированные электроны захватываются на глубине уровня ловушек в запрещенной зоне нитрида кремния, обуславливая отрицательный по знаку встроенный в диэлектрик заряд. После снятия напряжения с затвора инжектированный заряд длительное время хранится на ловушечных центрах, что соответствует существованию встроенного инверсионного канала. При подаче импульса отрицательного напряжения -VGS на затвор происходит туннелирование электронов с ловушек в нитриде кремния в зону проводимости полупроводника, как показано на рисунке в. При снятии напряжения с затвора зонная диаграмма МНОП структуры снова имеет вид, как на рисунке а, и инверсионный канал исчезает.

  • На рисунке а приведена зонная диаграмма МНОП транзистора. Рассмотрим основные физические процессы, протекающие в МНОП транзисторе при работе в режиме запоминающего устройства. При подаче импульса положительного напряжения +VGS на затвор вследствие разницы в величинах диэлектрических постоянных окисла и нитрида в окисле возникает сильное электрическое поле. Это поле вызывает, как показано на рисунке б, туннельную инжекцию электронов из полупроводника через окисел в нитрид. Инжектированные электроны захватываются на глубине уровня ловушек в запрещенной зоне нитрида кремния, обуславливая отрицательный по знаку встроенный в диэлектрик заряд. После снятия напряжения с затвора инжектированный заряд длительное время хранится на ловушечных центрах, что соответствует существованию встроенного инверсионного канала. При подаче импульса отрицательного напряжения -VGS на затвор происходит туннелирование электронов с ловушек в нитриде кремния в зону проводимости полупроводника, как показано на рисунке в. При снятии напряжения с затвора зонная диаграмма МНОП структуры снова имеет вид, как на рисунке а, и инверсионный канал исчезает.



Полевой транзистор с плавающим затвором по принципу работы и устройству похож на МНОП транзистор. Только в транзисторах с плавающим затвором инжектированный заряд хранится на плавающем затворе, находящемся между первым и вторым подзатворными

  • Полевой транзистор с плавающим затвором по принципу работы и устройству похож на МНОП транзистор. Только в транзисторах с плавающим затвором инжектированный заряд хранится на плавающем затворе, находящемся между первым и вторым подзатворными





Рассмотрим основные соотношения, определяющие характер накопления инжектированного заряда на плавающем затворе полевого транзистора. Величина заряда Qox(τ) равна:

  • Рассмотрим основные соотношения, определяющие характер накопления инжектированного заряда на плавающем затворе полевого транзистора. Величина заряда Qox(τ) равна:



Накапливаемый на плавающем затворе инжектированный заряд Q(τ) будет вызывать уменьшение напряженности электрического поля Еоx в первом диэлектрике. Величина электрического поля Еох, обуславливающая туннелирование :

  • Накапливаемый на плавающем затворе инжектированный заряд Q(τ) будет вызывать уменьшение напряженности электрического поля Еоx в первом диэлектрике. Величина электрического поля Еох, обуславливающая туннелирование :



Полевой транзистор с затвором в виде р n перехода



Таким образом, возрастание приводит к увеличению сопротивления канала за счет уменьшения горловины вблизи стока. При достаточно больших значениях области пространственного заряда смыкаются (рис. 1,г) и дальнейшее увеличение практически не вызывает возрастания тока (режим насыщения). Напряжение между затвором и стоком, соответствующее смыканию ОПЗ, называется напряжением насыщения . Следует отметить, что канал может быть полностью перекрыт только при =0. При работе прибора в режиме насыщения вблизи стока существует очень узкая проводящая область, в которой плотность тока и электрическое поле велики. На стоковых характеристиках ПТУП (рис. 2,а) точки пересечения штриховой линии с кривыми (/) соответствуют началу режима насыщения.

  • Таким образом, возрастание приводит к увеличению сопротивления канала за счет уменьшения горловины вблизи стока. При достаточно больших значениях области пространственного заряда смыкаются (рис. 1,г) и дальнейшее увеличение практически не вызывает возрастания тока (режим насыщения). Напряжение между затвором и стоком, соответствующее смыканию ОПЗ, называется напряжением насыщения . Следует отметить, что канал может быть полностью перекрыт только при =0. При работе прибора в режиме насыщения вблизи стока существует очень узкая проводящая область, в которой плотность тока и электрическое поле велики. На стоковых характеристиках ПТУП (рис. 2,а) точки пересечения штриховой линии с кривыми (/) соответствуют началу режима насыщения.





Микроминиатюризация МДП приборов

  • Полевые приборы со структурой металл – диэлектрик – полупроводник в силу универсальности характеристик нашли широкое применение в интегральных схемах (ИС). Одна из основных задач микроэлектроники заключается в повышении степени интеграции и быстродействия интегральных схем. Для ИС на МДП приборах благодаря чрезвычайно гибкой технологии их изготовления эта задача решается несколькими путями.





P.S применение ПТ

  • Полевой транзистор - сенсорный датчик. Слово "сенсор" означает чувство, ощущение, восприятие. Поэтому можем считать, что в нашем эксперименте полевой транзистор будет выступать в роли чувствительного элемента, реагирующего на прикосновение к одному из его выводов.

  •     Помимо транзистора (рис. 3), например, любого из серии КП103, понадобится омметр с любым диапазоном измерений. Подключите щупы омметра в любой полярности к выводам стока и истока - стрелка омметра покажет небольшое сопротивление этой цепи транзистора.

  •     Затем коснитесь пальцем вывода затвора. Стрелка омметра резко отклонится в сторону увеличения сопротивления. Произошло это потому, что наводки электрического тока изменили напряжение между затвором и истоком. Увеличилось сопротивление канала, которое и зафиксировал омметр.



Полевой транзистор - индикатор поля. Немного измените предыдущий эксперимент - приблизьте транзистор выводом затвора (либо корпусом) возможно ближе к сетевой розетке или включенному в нее проводу работающего электроприбора. Эффект будет тот же, что и в предыдущем случае - стрелка омметра отклонится в сторону увеличения сопротивления. Оно и понятно - вблизи розетки или вокруг провода образуется электрическое поле, на которое и среагировал транзистор.

  • Полевой транзистор - индикатор поля. Немного измените предыдущий эксперимент - приблизьте транзистор выводом затвора (либо корпусом) возможно ближе к сетевой розетке или включенному в нее проводу работающего электроприбора. Эффект будет тот же, что и в предыдущем случае - стрелка омметра отклонится в сторону увеличения сопротивления. Оно и понятно - вблизи розетки или вокруг провода образуется электрическое поле, на которое и среагировал транзистор.

  •     В подобном качестве полевой транзистор используется как датчик устройств для обнаружения скрытой электропроводки или места обрыва провода в новогодней гирлянде - в этой точке напряженность поля возрастает.



Похожие:

Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов iconПолевые, или униполярные, транзисторы в качестве Полевые, или униполярные, транзисторы в качестве
Наличие электрического поля E(X) в опз меняет величину потенциальной энергии электрона в этой области. Величина
Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов iconПолупроводниковые запоминающие устройства на основе мдп-транзисторов Конструкция мдп транзистора
Полевой транзистор полупроводниковый прибор, в котором управление током, протекающим между двумя электродами, достигается с помощью...
Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов iconПервый гост гост 10862-64 – 1964 год. Первый гост гост 10862-64 – 1964 год
Основные термины, определения и буквенные обозначения: 1 25529-82 Диоды полупроводниковые 2 19095-73 Транзисторы полевые 3 20003-74...
Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов iconДоклад на тему: Доклад на тему: «1 с : предприятие как средство автоматизации кадрового делопроизводства в ООО «Знаменский сгц»» Выполнила студентка 416 гр. Биф
«1 с : предприятие как средство автоматизации кадрового делопроизводства в ООО «Знаменский сгц»»
Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов iconПоддерживать устойчивость системы мдп во всем мире Поддерживать устойчивость системы мдп во всем мире
Отвечать требованиям упрощенных деклараций, предусмотренным обновленным таможенным кодексом ес (Безопасность и предварительное информирование...
Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов iconИстория развития вычислительной техники краткий очерк
«аналитическая» машина, состоящая из устройства ввода и вывода информации, запоминающее устройство и устройство, способное выполнять...
Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов iconС латинского constitutio – установление, устройство) (с латинского constitutio – установление, устройство)
Основной Закон государства, определяющий государственное устройство, регулирующий образование представительных (законодательных)...
Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов iconДоклад на тему: «Социальные проблемы рынка труда. Профсоюзы»
«чёрных списков» (наиболее активных борцов за повышение заработной платы и улучшение условий труда)
Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов iconДоклад на тему «Схемы, пространство-время и мышление»
«Схема схем»: методологическое пространство построения подходов и интерпретации схемы мыследеятельности
Доклад на тему Полевые транзисторы Устройство мдп транзисторов iconДоклад На тему:"Физические качества" На понятийном уровне
Физическими качествами человека принято называть отдельные его двигательные возможности. Это те природные задатки к движениям, которыми...
Разместите кнопку на своём сайте:
hnu.docdat.com


База данных защищена авторским правом ©hnu.docdat.com 2012
обратиться к администрации
hnu.docdat.com
Главная страница