Как уже отмечалось выше, поверхностные состояния, на которых закрепляется уровень Ферми мешали реализовать идеи Лилиенфельда по созданию транзистора на эффекте поля. Технологи долго искали такие способы нанесения диэлектрических покрытий на полупроводники, чтобы плотность поверхностных состояний на границе раздела (interface) была минимальна. Замечательным подарком природы явилось то, что такой системой является гетероструктура кремний/диоксид кремния (Si/SiO2). Оказалось, что плотность поверхностных состояний на данной гетерогранице может достигать величин менее 1010 см-2. Благодаря такому свойству кремний становится основным материалом микроэлектроники. С 50-ых годов началось производство МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) полевых транзисторов. Так как в большинстве случаев в качестве диэлектрика используется окисел кремния (и лишь иногда – нитрид кремния- Si3N4), то часто употребляют термин МОП-транзистор (металл-окисел-полупроводник, английская аббревиатура MOS – metal-oxide-semiconductor).
Возможны два основных типа полевых транзисторов со встроенным каналом и с индуцированным каналом (рисунок 8.9).
Рисунок 8.9. Схематическое изображение полевых транзисторов со встроенным каналом (слева) и индуцированным каналом (справа) и зависимость их обратного сопротивления (G=1/R) от напряжения на затворе Ug.
Транзистор со встроенным каналом при Ug=0 открыт, а с индуцированным каналом закрыт, так как представляет собой два p-n перехода. Его сопротивление определяется большим сопротивлением обратно смещенного p-n перехода. Транзистор с индуцированным каналом открывается только при некотором пороговом напряжении Ut. Транзистор со встроенным каналом закрыт при напряжении отсечки Up.
Основные характеристики полевых транзисторов.
1) Отношение вкл/выкл – ON/OFF.
Это соотношение между токами исток-сток в открытом и закрытом состоянии (которое определяется напряжением на затворе), при том же рабочем напряжении исток-сток. Определяется топологией транзистора и токами утечки, то есть током в закрытом состоянии. К примеру, у ТПТ-транзисторов которые используются в качестве управляющих элементов в активных матрицах жидкокристаллических дисплеев, это соотношение должно быть 106-107.
2) Крутизна.
Важной характеристикой является отношение изменения тока исток-сток к изменению напряжения на затворе. Эта характеристика называется крутизной и измеряется в сименсах (1 Сим = 1 Ом-1).
Естественно, крутизна зависит от напряжения исток-сток, и, обычно приводится для полевого транзистора работающего в режиме насыщения (о котором будет сказано ниже). Крутизна транзистора в этом режиме максимальна.
3) Величина тока исток-сток в открытом состоянии (в режиме насыщения).
Определяется топологией транзистора (шириной и длинной канала), а также подвижностью носителей заряда. Рассмотрим зависимость тока через канал (в открытом состоянии) от напряжения исток-сток. Казалось бы, этот ток определяется сопротивлением канала и всегда растет пропорционально напряжению исток-сток. Но канал обладает конечным сопротивлением и не эквипотенциален. Как это схематически видно из рисунка 8.10, ширина канала зависит от напряжения на стоке, и при некотором напряжении, ток уже практически не зависит от напряжения – наступает режим насыщения.
Рисунок 8.10. Механизм возникновения режима насыщения полевого транзистора.
4) Быстродействие.
Понятно, что мгновенно включить или выключить транзистор (мгновенно поменяв напряжение на затворе) нельзя. Чтобы канал, например из закрытого стал открытым, необходимо его заполнить носителями заряда. Они могут прийти в канал только из истока или стока. Время, за которое носители заполнят канал длиной L, и будет определять время его переключения:
Это время определяется подвижностью носителей заряда, и достигает в быстродействующих арсенид-галлиевых транзисторах нескольких пикосекунд.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.