Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом. Полевой транзистор с затвором Шоттки. Параметры полевых транзисторов. Дополнительные возможности МТ 4.21

4. Полевые транзисторы

4.1.Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Обычная структура полевого n-канального транзистора с управляющим p-n-переходом представлена на рис.15 .

Рис.15. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

S – sourse – исток,                   D – drain – сток,

G – gate – затвор,           B – bulk – подложка,

d – толщина эпитаксиальной пленки,

x_G – глубина залегания управляющего p-n перехода затвора.

Используя исходные данные, следует подобрать толщину эпитаксиальной пленки и глубину залегания p-n-перехода так, чтобы напряжение отсечки было в пределах (-2 - 4) В.

4.2.Полевой транзистор с затвором Шоттки

Полевые транзисторы с затворами в виде контакта металл-полупроводник( затвор Шоттки, ПТШ) устроены аналогично ПТУП, но вместо управляющего  p-n-перехода выполняется контакт Шоттки с заданной высотой барьера Фв. Расстояния между краями контакта Шоттки и металлургическими границами n+ областей истока и стока не менее 0.1мкм, рис.15.

Рис. 16. Полевой транзистор с затвором Шоттки

В программе Micro Tec  высота барьера на контакте задается электростатическим потенциалом  в полупроводнике ФВ со стороны металла, рис. 16 . Величина этого потенциала будет равна ,так что при ФM=0,7 В и EF= 0.3 эВ  ФВ= - 0.4 В

Рис. 17.  Высота барьера со стороны металла  и электростатический

 потенциал на контакте Шоттки.

Основным материалом ПТШ служит GaAs, для замены Si на GaAs следует присоединить к проекту папку директив Material properties и установить соответствующие значения, как показано на рис. 18.

Рис. 18. Папка с параметрами арсенида галлия

4.3. МОП транзистор

Рис. 19. представляет структуру полевого транзистора с изолированным  затвором.

Рис. 19. Структура МОП транзистора.

Обозначения электродов те же, что и на рис. 15.

d – толщина подзатворного диэлектрика

В подложке выполняется область подлегирования акцепторами на глубину YCh. Глубиной залегания считается точка, в которой NA(YCh) = NAB, NA0  -концентрация акцепторов на поверхности  при Y=0.  

YSD  - глубинa залегания  переходов истока  и стока.  L– длина канала, расстояние между металлургическими границами  переходов истока и стока.

Размеры областей выбрать так, чтобы длины выводов истока и стока были не менее 0.1 мкм. Зазоры между металлами стока – истока и затвора также должны оставаться не менее 0.1 мкм.

5. Параметры полевых транзисторов

5.1.Пороговое напряжение и напряжение отсечки

В режиме слабой инверсии, когда  преобладает диффузионный ток в канале, он совершенно аналогичен диффузионному току в базе биполярного транзистора, тогда ток стока

b-ширина,  W-толщина канала. Пренебрегая рекомбинацией в канале

, где L -длина канала

, 

 ,можно считать .

,   или приблизительно

Толщина канала  Напряженность поля , где C -емкость ОПЗ. Окончательно    и

.

Логарифмический наклон . До наступления инверсии  поэтому slip-наклон в подпороговой области, напряжение, за которое ток уменьшается в 10 раз  ,  - коэффициент влияния подложки.

Чем больше  и толще окисел под затвором, тем больше slip- напряжение  S.

Пороговым напряжением  следует считать точку перегиба, в которой экспоненциальный наклон подпороговой области переходит в квадратичную зависимость тока стока от напряжения на затворе. Аналогичным образом определяется и напряжение отсечки ПТУП, и напряжение закрывания, отсечки  МОП транзистора напряжением на подложке.

Рис.20 . Передаточная характеристика МОП транзистора в логарифмическом масштабе.

Вблизи порогового напряжения около 1 В ток стока резко уменьшается от единиц до сотых долей мкА.

Все начальные участки токов стока вблизи  открывания каналов имеют экспоненциальные “хвосты” с  описанным выше механизмом.

Напряжение запирания по подложке , пороговое напряжение Un и напряжение  на затворе UG  связаны между собой

,

  - линейный коэффициент влияния подложки. Приблизительность этого соотношения обусловлена зависимостью от напряжений на электродах  транзистора.

5.2. Влияние подложки

Линейный коэффициент влияния подложки  следует определить как смещение сток-затворной характеристики напряжением на подложке при постоянном токе стока. Напряжения на подложке следует взять UB=0 и

UB= - 1 Bнапряжение на стоке UD = 1 B .

Коэффициент подложки , который не зависит от режима транзистора и используется в более точной модели, следует пересчитать

Потенциал инверсии ,  концентрацию акцепторов под затвором NABследует  определить из профиля распределения концентрации примесей, в средине канала  Ndop = NAB.

5.3. Удельная крутизна