Расчет схемы в статическом режиме

Содержание

ВВЕДЕНИЕ. 2

1СВЕДЕНИЯ И ПОНЯТИЯ О МДП-ТРАНЗИСТОРАХ. 4

1.1Свойства МДП-структуры (металл–диэлектрик– –полупроводник). 4

1.2Типы и устройство полевых транзисторов. 7

1.3Принцип работы МДП-транзистора.

9

1.4Выбор знаков напряжений в МДП-транзисторе. 11

1.5Характеристики МДП-транзистора в области плавного канала. 14

1.6Характеристики МДП-транзистора в области отсечки. 19

1.7Влияние типа канала на вольт-амперные характеристики МДП-транзисторов 24

1.8 Эквивалентная схема и быстродействие МДП-транзистора. 26

2РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК МДП-ТРАНЗИСТОРА НА ОСНОВЕ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ. 29

2.1Основные сведения об арсениде галлия.

29

2.2Основные параметры МДП-транзистора. 31

2.3Расчет параметров МДП-транзистора. 31

ВЫВОДЫ. 36

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………36


ВВЕДЕНИЕ

Среди многочисленных разновидностей полевых транзисторов, возможно, выделить два основных класса: полевые транзисторы с затвором в виде pn перехода и полевые транзисторы с затвором, изолированным от рабочего полупроводникового объема диэлектриком.

Приборы расчет схемы в статическом режиме класса часто так же называют МДП-транзисторами (от словосочетания металл-диэлектрик-полупроводник) и МОП транзисторами (от словосочетания металл-окисел - полупроводник), поскольку в качестве диэлектрика чаще всего расчет схемы в статическом режиме окись кремния.

Основной особенностью полевых транзисторов, по сравнению с биполярными, является их высокое входное сопротивление, которое может достигать 109 - 1010 Ом.

расчет схемы в статическом режиме

Таким образом, эти приборы можно рассматривать как управляемые потенциалом, что позволяет на их расчет схемы в статическом режиме создать схемы с чрезвычайно низким потреблением энергии в статическом режиме. Последнее особенно существенно для электронных статических микросхем памяти с большим количеством запоминающих ячеек.

Так же как и биполярные полевые транзисторы могут работать в ключевом режиме, однако падение напряжения на них во включенном состоянии весьма значительно, поэтому эффективность их работы в мощных схемах меньше, чем у биполярных приборов.

Полевые транзисторы могут иметь как p, так и n управление которыми осуществляется при разной полярности на затворах.

Это свойство комплементарности расширяет возможности при конструировании схем и широко используется при создании запоминающих ячеек и цифровых схем на основе МДП транзисторов (CMOS схемы).

Полевые транзисторы относятся к расчет схемы в статическом режиме униполярного типа, это означает, что принцип расчет схемы в статическом режиме действия основан на дрейфе основных носителей заряда.

Последнее обстоятельство значительно упрощает их анализ по сравнению с биполярными приборами, поскольку, в первом приближении, возможно, пренебречь диффузионными токами, неосновными носителями заряда их рекомбинацией [9].


1 СВЕДЕНИЯ И ПОНЯТИЯ О МДП-ТРАНЗИСТОРАХ

1.1 Свойства МДП-структуры (металл–диэлектрик–полупроводник)

В основе работы полевых транзисторов с изолированным затвором лежат свойства МДП-структуры (рис.

1.1).

Рисунок 1.1 - Пример МДП-структуры.

По существу эта структура представляет плоский конденсатор одной из обкладок которого служит металл (затвор), второй полупроводник. Особенность такого МДП конденсатора по отношению к классическому МДМ конденсатору в том, что в объеме полупроводника заряд может быть связан с носителями разной физической природы и разной полярности: свободными электронами и дырками, заряженными положительно ионизованными донорами, заряженными отрицательно ионизованными акцепторами, а так же заряженными дефектами.

В МДП-структуре в отличие от p-n перехода существует гетерограница разделяющая две среды с различной структурой это, например, граница, разделяющая полупроводник и его окисле или другой диэлектрик или полупроводник и воздух (вакуум).

На свободной границе полупроводника имеется большое количество оборванных связей стремящихся захватить заряд из объема полупроводника, а так же связей вступивших в реакцию с сооседней средой и пассивированных этой средой, кроме того, на поверхности могут находиться посторонние примесные атомы ионы.

Таким образом, на свободной поверхности и гетеропереходе металл-диэлектрик уже в начальном состоянии может находиться некоторый заряд, который индуцирует равный ему по величине и противоположный по знаку заряд в объеме полупроводника [13].

Если зарядить одну из обкладок МДП конденсатора - затвор, то на второй - полупроводниковой обкладке должен появиться заряд равный по величине и противоположный по знаку, который будет связан с поверхностными состояниями, ионизованными атомами примеси и свободными носителями заряда.

Рисунок 1.2 - Изменение поверхностной проводимости полупроводнка в МДП структуре:

1 - полупроводник n типа,

2 - собственный полупроводник,

3 - полупроводник p типа.

Если индуцированный внешним полем заряд на полупроводниковой обкладке превышает изменение заряда на поверхностных состояниях, то в приповерхностной области полупроводника происходит изменение концентрации свободных носителей заряда, что сопровождается изменением поверхностной проводимости (см.

рис. расчет схемы в статическом режиме и соответственно протекающего вдоль поверхности тока, в случае если имеется направленное вдоль поверхности поле, как это показано на вставке рис. 1.2 [5].

В той приповерхностной полупроводниковой области, где существует электрическое поле, имеется обедненная расчет схемы в статическом режиме область пространственного заряда, аналогичная по свойствам области ОПЗ pn перехода, работающая как диэлектрик.

При изменении потенциала на металлической (затворе) обкладке МДП конденсатора будет изменяться заряд ОПЗ и соответственно ширина обедненной области. При этом будет изменяться емкость МДП-структуры.

Зависимости емкости МДП-структур от напряжения показаны на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 - Изменение емкости МДП-структур от напряжения на затворе:

1 - полупроводник n типа,

2 - собственный полупроводник,

3 - полупроводник p типа.

Емкость МДП-структуры можно рассматривать как состоящую из двух последовательно включенных емкостей: емкости диэлектрика - Сд и емкости слоя пространственного заряда в полупроводнике Спп .


(1.1)

Если Сд >> Сппто можно с хорошим приближение считать, что емкость структуры определяется емкость ОПЗ, т.е.

С = Спп .

Если Спп >> Сдто приближенно можно считать, что С = Сдпоэтому максимальное значение емкости на рис. 1.3 ограничено линией С = Сд .

Следует обратить внимание на то, что на всех кривых рис. 1.2 и рис.

1.3 имеются точки минимума. Это точки соответствуют случаю минимальной поверхностной проводимости, которая имеет место, когда на поверхности концентрации электронов и дырок близки к собственной и равны друг другу, тогда увеличение потенциала затвора относительно значения соответствующего точке минимума должно обогащать поверхность дырками, а уменьшение потенциала относительно потенциала точки минимума должно обогащать поверхность дырками.

При этом соответственно с разных сторон от точки минимума должен наблюдаться разный тип проводимости в приповерхностной области [4].

1.2 Типы и устройство полевых транзисторов

Полевые, или униполярные, транзисторы в качестве основного физического принципа используют эффект поля.

В отличие от биполярных транзисторов, у которых оба типа носителей, как основные, так и неосновные, являются ответственными за транзисторный эффект, в полевых транзисторах для реализации транзисторного эффекта применятся только один тип носителей. По этой причине полевые транзисторы называют униполярными. В зависимости от условий реализации эффекта поля полевые транзисторы делятся на два класса: полевые транзисторы с изолированным затвором и полевые транзисторы с затвором в виде p-n-перехода [8].

К полевым транзисторам с расчет схемы в статическом режиме затвором относятся МДП-транзисторы, МНОП-элементы памяти, МДП-транзисторы с плавающим затвором, приборы с зарядовой связью (ПЗС-структуры), МДП-фотоприемники.

К полевым транзисторам с затвором в виде p-n-перехода относятся транзисторы с затвором в виде барьера Шоттки, с затвором в виде обычного p-n-перехода и с затвором в виде гетероперехода. Отметим, что в качестве дискретных элементов разработаны имеют применение МДП-транзисторы и транзисторы с затвором в виде обычного p-n-перехода. Остальные типы полевых транзисторов используются только в интегральном исполнении как фрагменты интегральных схем.

Рассмотрим на примере МДП-транзистора основные элементы структуры полевых транзисторов.

На рис. 1.4 приведена топология МДП-транзистора [5].

Рисунок 1.4 - Топология и основные элементы МДП-транзистора.

Термин «МДП-транзистор» используется для обозначения полевых транзисторов, в расчет схемы в статическом режиме управляющий электрод - затвор отделен от активной области полевого транзистора диэлектрической прослойкой – изолятором. Основным элементом для этих транзисторов является расчет схемы в статическом режиме металл–диэлектрик–полупроводник.

По этой причине в названии транзистора используется аббревиатура МДП. Монокристаллический полупроводник n- или p-типа, на котором изготавливается МДП-транзистор, получил название подложки. Две сильнолегированные области противоположного с подложкой типа проводимости получили названия истоки сток. Область полупроводниковой подложки, находящаяся под затвором между истоком и стоком, называется каналом. Диэлектрический слой, расположенный между затвором и каналом, получил название подзатворного диэлектрика.

В качестве полупроводниковой подложки в большинстве МДП-транзисторов используется GaAsи подзатворный диэлектрик. По этой причине расчет схемы в статическом режиме синоним для МДП-транзисторов применяется термин «МОП-транзистор». Канал в МДП-транзисторах может быть как индуцированным, так и встроенным [7].


Источник: http://mirznanii.com/a/120448/raschet-i-proektirovanie-mdp-tranzistora

Copyright © 2018