Физические основы микроэлектроники, конспект лекций, страница 43

C=C_ДS_S/(C_Д+С_S)                                           (4.53)

Рис.4.13. Вольт-фарадная характеристика МДП –структуры

Ёмкость С_Д постоянна, C_S а зависит от U. При убывании отрицательного смещения вблизи поверхности образуется обедненная область, действующая как диэлектрик. При положитель­ных смещениях ёмкость проходит через минимум, а затем снова возрастает при образовании вблизи поверхности инверсионного слоя.

Такое изменение ёмкости МДП - структуры (получившей назва­ние МДП -диод) позволяет использовать последнюю в качестве МДП варактора. Основной параметр такого прибора – соотношение максимальной и минимальной ёмкостей. Предельная частота прибора:

[I]                   f_пред=(2πSRC₀)^-1                               (4.54)

определяется площадью S ,сопротивлением R и ёмкостью C₀ на единицу площади при постоянном смещении. На основе МДП -структур работают также лавинные, туннельные и оптические МДП диоды.

Другое важное использование эффекта поля -  создание на его основе полевых и МДП -транзисторов, которые получили название униполярных, поскольку перенос тока в них осуществляется носите­лями одного знака.

На рис. 4.14 схематически показана структура МДП -транзис­тора с изолированным затвором

 

Рис. 4.14.     Структура МДП - транзистора с индуцированным каналом (а) и схема его подключения (б)

Транзистор состоит из кристалла кремния (например, n -ти­па), в котором сформированы методом диффузии или ионной имплан­тации p -области. Одну из этих областей называют истоком, другую - стоком. Сверху на них наносят омические контакты. Промежуток между областями р - типа покрывают плёнкой металла, изолированной от поверхности кристалла слоем диэлектрика. Этот электрод транзистора называют затвором. На границе между p -типа и n -типа областями возникают два p-n  перехода - истоковый и стоковый, которые на рис. 4.14 показаны штриховкой.

На рис. 4.14,6 приведена схема включения транзистора. Плюс источника питания подсоединяют к истоку, минус - к стоку, к затвору - минус источника U₃

Сопротивление между стоком (С) и истоком (И) очень велико, так как стоковый переход оказывается под обратным смещением. Подача на затвор отрицательного смещения сначала приводит к об­разованию под затвором обеднённой области, а при некотором поро­говом напряжении U₃ к образованию инверсной области, соединяю­щей p - области истока и стока, которая называется каналом. При более высоких напряжениях на затворе канал становится шире, а сопротивление сток-исток - меньше. Рассматриваемая структура является, таким образом, управляемым резистором.

Однако, сопротивление канала определяется только напряжени­ем на затворе лишь при небольших значениях U_C увеличением U_C обеднённый слой истокового перехода расширяется и канал сужается, а при некотором напряжении на стоке канал перекрывает­ся. Перекрытие канала, тем не менее, не приводит к исчезновению тока стока, поскольку в этом случае чисто дрейфовый механизм движения носителей вдоль канала изменяется диффузионно-дрейфовым [I]. . Перекрытие канала приводит лишь к насыщению тока стока. Значение тока насыщения определяется напряжением на затворе. Чем больше U₃ тем больше ток насыщения. Вольт-амперные характерис­тики I_C(U_C) приведены на рис. 4.15.

Характерной особенностью МДП -транзистора является то, что его входом служит конденсатор, образованный затвором, изолированным от полупроводника. Токи утечки затвора типичных МДП -транзисторов составляют порядка 10^-5А.