Реферат на тему:
МДН транзистори.
В основі роботи МДН транзистора лежить розглянутий в попередній лекції
ефект керування поверхневою провідністю та поверхневим струмом за
допомогою затвора. Для того, щоб забезпечити проходження керованого
струму під затвором, створюють дві електродні області: витік та стік. На
рис.85 наведено конструкцію МДП транзистора з індукованим n каналом,
схема його увімкнення та графічне позначення.
Рис.85. МДН транзистор з індукованим n каналом.
Напівпровідникові області витоку та стоку створюють із сильно легованого
матеріалу і такого, який володіє хорошою провідністю і відрізняється за
типом провідності від матеріалу базового кристалу. Таким чином, при
відсутності різниці потенціалів на затворі між витоком та стоком
виявляються два зустрічно увімкнених діоди і, відповідно, струм в цбому
колі буде рівний зворотньому струмові одного з діодів, тобто досить
малий і транзистор буде знаходитись у закритому стані. Для того, щоб
транзистор відкрився, на затвор необхідно подати такий потенціал
відносно потенціалу підзатворної ділянки, щоб на поверхні відбулася
інверсія провідності. При цьому під затвором індуцюється область n типу,
яка утворює канал, що з’єднює n+ області витоку та стоку, зустрічно
увімкнені, pn переходи зникають та в стоковому колі починає протікати
струм. Різниця потенціалів затвора, при якій відбувається інверсія
провідності підзатворної області та починає протікати струм, називають
пороговою (Uп). Стоковий струм тим вищий, чим більшим є індукований в
каналі заряд і, відповідно, большою є провідність індукованого каналу.
При роботі транзистора в підсилювальному режимі полярність напруги на
стоці відносно витоку задається такою, щоб основні носії дрейфували до
стоку.
Полярність напруг, які прикладаються до електродів МДН з індукованими n
та p каналами при їх роботі в підсиллювальному режимі, протилежна. Для n
канального транзистора на затвор подається плюс відносно витоку, на p
канальний транзистор – мінус. За стік приймається той електрод
транзистра, до якого дрейфують основні носії, тобто в p канальному
транзисторі стік повинен бути від’ємним відносно витоку, а в n
канальному – додатнім (див. рис.85).
Рис.86. Вольтамперні характеристики МДН транзистора: вихідні (зліва) та
передаточні (справа).
На рис.86 наведені вольтамперні характеристики, які є типовими для МДН
транзистора. Отримаємо аналітичний вираз, який дозволить їх описати. При
цьому зробимо наступні основні припущення:
одномірне наближення, тобто концентрації носіїв та потенціали за
перерізом каналу є постійними,
на поверхні виконується умова сильної інверсії (Uз > Uп),
заряд на поверхневих станах є постійним і не залежить від згинів зон,
дрейфові струми є значно більшими за дифузійні, тому останніми можна
знехтувати,
рухливість носіїв заряду в каналі є постіною.
Будемо вважати, що вісь х напрямлена вздвж каналу (рис.85). Для
індукованого в каналі заряду Qi можна записати:
Qi = – Cd[Uз-Uп-U(x)], (6_16),
де U(x) – потенціал в т. х каналу. Для наведеної поверхневої
провідності, яка зумовлена індукованим зарядом затвора, є справедливим:
?i = q?nni = – ?nCd[Uз-Uп-U(x)] (6_17)
Густина струму в каналі:
Ji = ?iE(x), (6_18) ,
де E(x) = -dU/dx, тоді, використовуючи (6_17) та (6_18), для струму
стока запишемо:
Ic = JiW = ?iE(x) W=W?nCd [Uз-Uп-U] dU/dx, (6_19)
де W – ширина каналу. Проінтегруємо (6_19) вздовж каналу:
,(6_20)
звідки отримаємо:
Ic = W?nCd /d[(Uз-Uп)Uс-1/2Uc2]. (6_21)
l
n
l
?
-@oooooooooooiaeiiiUiiiiiiii
gdMc8
ласті біля стоку каналу, яка перекрита просторовим зарядом. Таким чином
при Uз > Uсо витік-стокова вольтамперна характеристика буде переходити з
крутої ділянки в пологу. Значення Uсо = 0 знайдемо з наступної умови:
Qi(L) = 0 = -Cd (Uз-Uп-Uco], (6_22)
звідки Uco = Uз – Uп. Підставимо це значення Uco замість Uc в (6_21) та
знайдемо вираз для вихідних вольтамперних характеристик МДН транзистора
в пологій ділянці.
(6_23)
Цей вирз описує передаточну характеристику для МДН транзистора (див.
правий графік на рис.86). Використовуючи (6_23), отримаємо:
(6_24)
відповідний графік для залежності крутизни від напруги на затворі
наведений на рис.87.
Рис.87. Залежність крутизни МДН транзистора з індукованим каналом від
напруги на затворі.
Канал між витоком та стоком можна створити технологічним шляхом на
стадії виготовлення МДН транзистора (наприклад, увівши відповідну
домішку), такі транзистори називають транзисторами з вбудованим каналом.
При подачі напруги на затвор такого транзистора концентрація носіїв в
каналі буде або зростати, або зменшуватись навіть до повного зникнення
каналу та переходу транзистора в закритий (вимкнений) стан. В цьому
стані вихідні струми транзистора будуть визначатись зворотніми
характеристиками витік-стокових pn переходів.
Рис.86. Графічне позначення МДН транзистора з індукованим каналом та
його вольтамперні характеристики: вихідні (зліва) та передаточні
(справа)
Вплив підкладки на роботу МДН транзистора
Розглянемо вплив підклади на характеристики МДН транзистора.
Рис.87. Увімкнення МДН транзистора з управлінням за підкладкою
Якщо підкладка має додатнійй потенціал відносно стоку, як це показано на
рис.87, то цей потенціал буде піднімати потенціал каналу, що буде
викликати зменшення різниці потенціалів між затвором та каналом та,
відповідно, буде зменшуватись заряд, індукований в каналі, і провідність
каналу. Тому потенціал підкладки подібно до потенціалу на затворі може
керівати провідністю каналу. Відміна буде полягати в тому, що якщо
збільшення додатнього потенціалу на затворі викликає збільшення струму
стоку, то збільшення додатнього потенціалу на підкладці викликає
зменшення струму стоку. З урахуванням цієї примітки формулу (6_21) для
області крутої ВАХ транзистора можна переписати в наступному виді:
Ic = W?nCd /d[(Uз-Uп-kUпідк)Uс-1/2Uc2], (6_25)
де коефіцієнт k залежить від конструктивних особливостей транзистора. В
пологій області ВАХ транзистора з урахуванням впливу підкладки, після
підстановки в (6_25) Uс = Uс – Uп приймуть вид:
(6_26)
Підсилювальні властивості МДН транзистора будуть характеризуватись
крутизною за підкладкою:
(6_27)
Рис.88. Еквівалентна схема МДН транзистора.
Еквівалентна схема МДН транзистора, яка враховує можливість управління
за підкладкою, наведена на риc.88
Використана література:
Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая
школа, 1978.
Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной
электроники. -М.: Высшая школа, 1975.
Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.
Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. – М.: Высшая
школа, 1988.
Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. – М.: высшая
школа, 1982.
Гершунский В.С. Основы электроники. – К.: Вища школа, головн. из-во,
1982.
Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.:Энергоатомиздат, 1985.
Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. – М.: Высшая школа,
1986.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
