WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Польові транзистори з ізольованим затвором (МДН) - Реферат

Польові транзистори з ізольованим затвором (МДН) - Реферат

Реферат на тему:

Польові транзистори з ізольованим затвором (МДН).

Властивості МДН структури.

В основі роботи польових транзисторів з ізольованим затвором лежать властивості МДН структури (рис.81).

Рис.81. Приклад МДН структури

По суті ця структура є плоским конденсатором однією з обкладок якого служить метал (затвор), дроугою - напівпровідник. Особливість такого МДН конденсатора по відношенню до класичного МДМ конденсатора полягає в тому, що в об'ємі напівпровідника заряд може бути пов'язаний з носіями різної фізичноі природи та різної полярності: вільними електронами та дірками, зарядженими додатньо іонізованими донорами, зарядженими від'ємно іонізованими акцепторами, а також зарядженими дефектами решітки. В МДН структурі, на відміну від pn переходу, існує гетеромежа, яка розділяє два середовища з різною структурою це, наприклад, межа, що розділяє напівпровідник та його окисел або інший діелектрик чи напівпровідник та повітря (вакуум). На вільній межі напівпровідника існує велика кількість обірваних зв'язків, які стараються захопити заряд із об'єму напівпровідника, а також зв'язків, що вступили в реакцію із сусіднім середовищем та ним пасивовані. Крім того на поверні можуть знаходитись посторонні домішкові атоми та іони. Таким чином, на вільній поверхні і гетеропереході метал-діелектрик уже в початковому стані може знаходитись деякий заряд, який індуцює рівний йому за величиною та протилежний за знаком заряд в об'ємі напівпровідника. На рис.82 показана схема поверхні, яка частково пасивована радикалами ОН та атомами О, а також відповідні поверхневим дефектам поверхневі енергетичні стани, які дають додаткові рівні в забороненій зоні та які локалізовані поблизу поверхні.

Рис.82. Діаграма, яка поясює виникнення поверхневих станів на межі кристалу.

Якщо зарядити одну з обкладок МДН конденсатора - затвор, то на другій - напівпровідниковій обкладці повинен з'явитись заряд, рівний за величиною та протилежний за знаком і який буде зв'язаний з поверхневими станами іонізованими атомами домішки та вільними носіями заряду. Якщо індуцкований зовнішнім полем заряд на напівпровідниковій обкладці перевищуватиме зміну заряду на поверхневих станах, то в приповерхневій області напівпровідника відбувається зміна концентрації вільних носіїв заряду. Це супроводжується зміною поверхневої провідності (див. рис.83) та, відповідно, струму, що протікє вздовж поверхні у тому випадку, якщо існує поле, що напрямлене вздвж поверхні, як це показано на вставці рис.83.

Рис.83. Зміна поверхневої провідності напівпровіднка в МДН структурі (ефект поля):

1 - напівпровідник n типу, 2 - власний напівпровідник, 3 - Напівпровідник p типу.

В тій приповерхневій напівпровідниковій області, де існує електричне поле є збіднена носіями область просторового заряду, яка за властивостями аналогічна області ОПЗ pn переходу і працює як діелектрик. При зміні потенціалу на металічній обкладці (затворі) МДН конденсатора буде змінюватись і заряд ОПЗ та, відповідно, ширина збідненої області. При цьому буде змінюватись ємність МДН структури. Залежності ємності МДН структур від прикладеної до них напруги наведені на рис.84,а. Ємність МДН структури можна розглядати як таку, що складається з двох послідовно увімкнених ємностей: ємності діелектрика - Сд та ємності шару просторового заряду в напівпровіднику Снп:

(6_13)

Якщо Сд >> Спп, то можна з хорошим наближенням вважати, що ємність структури визначається ємністю ОПЗ, тобто С = Снп.

Якщо Снп >> Сд, то наближено можна вважати, що С = Сд, тому максимальне значення ємності на рис.84,а обмежене лінією С = Сд.

Рис.84,а. Зміна ємності МДН структур в залежності від напруги на затворі:1 - напівпровідник n типу, 2 - власний напівпровідник, 3 - напівпровідник p типу.

Необхідно звернути увагу на ту, що усі криві рис.83 та рис.84,а мають точки мінімуму. Ці точки відповідають випадкові мінімальної поверхневої провідності, яка існує тоді, коли на поверхні концентрації електронів і дірок близькі до власної та рівні за значенням. Тоді збільшення потенціалу затвора відносно значення відповідного точці мінімуму повинноно збагачували поверхню дірками, а зменшенне потенціалу відносно потенціалу точки мінімуму - збагачувати поверхню дірками. При цьому відповідно з різних сторін від точки мінімуму повинен існувати різний тип провідності в приповерхневій області.

Рис.84,б. Енергетичні діаграми приповерхневої напівпровідникової області n - типу при різних значеннях напруги на МДН структурі (див. рис.82 та 83): т. А - початковий стан (UзA = 0), т. B - збіднення (UзB < 0), т. C інверсія (UзC < UзB < 0), т. D збагачення (UзD > 0)

На рис.84,б показані енергетичні діаграми МДН структури при різних значеннях потенціалу Uз. В якості прикладу вибрано матеріал n типу. Точка A відповідає випадкові нульового потенціалу на затворі. Оскільки матеріал n типу рівень Фермі знаходиться в верхній половині забороненої зони і для концентрації електронів у глибині матеріалу можна записати (через власну концентрацію ni):

(6_14)

де φо = 1/q(Ei - F). При записі (6_14) вважаалось, що у власному напівпровіднику рівень Фермі знаходиться при Eiв (приблизно посередині забороненої зони). На рис.84,а для точки A поблизу поверхні відбувається викривлення зон (і, відповідно, Ei), що свідчить про наявність поверхневого потенціалу φs = 1/q(Eis - F) заряду, який захоплений поверхневими станами (Ns). Для поверхневої концентрації електронів ns та дірок ps аналогічно як в (6_14) можна записати:

(6_15)

Як видно з рис.84,а для т. А φs< φо а, отже, і поблизу поверхні концентрація електронів є нижчою, ніж в об'ємі, тобто існує деяке початковее збіднення поверхні основними носіями заряду.

Якщо подати на затвор від'ємний потенціал, то буде відбуватись подальше збіднення поверхні електронами і при деякій напрузі на структурі (т. B на рис.84,а) φs стане рівним 0. При цьому у відповідності до (6_15) поверхневі концентрації рівні: ns = ps = ni. При подальшому збільшенні від'ємного заряду на затворі відбуватиметься подальше викривлення зон і φs змінить знак, при цьому (див. 6_15) ps> ns > ni та ns < ni, тобто на поверхні відбувається зміна типу провідності - інверсія знаку носіїв на поверхні відносно об'єму (т. C на рис.84,а). І чим більшим буде від'ємний заряд на затворі, тим більшою буде діркова провідність на поверхні. Напругу на затворі, що викликає інверсію провідності, прийнято називати пороговою (Uп), якщо |φs| = 2(Ec - F).

Якщо подати на затвор додатню напругу, то величина φs зростає і, відповідно (див. 6_15) концентрація електронів збільшується. Дійсно електричне поле поблизу поверхні буде притягувати електрони та відштовхувати дірки (їх концентрація зменшується). Коли поверхня збагачується основними вільними електронами чи дірками (у випадку інверсії) ширина ОПЗ наближається до нуляю і ємність структури визначається тільки товщиною діелектрика. В цьому випадку збагачена вільними носіями поверхня напівпровідника поводиться як поверхня металу.

Використана література:

  1. Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая школа, 1978.

  2. Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной электроники. -М.: Высшая школа, 1975.

  3. Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.

  4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1988.

  5. Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: высшая школа, 1982.

  6. Гершунский В.С. Основы электроники. - К.: Вища школа, головн. из-во, 1982.

  7. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.:Энергоатомиздат, 1985.

Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. - М.: Высшая школа, 1986.

Loading...

 
 

Цікаве