Навигация
4. Эффект подложки
Под этим явлением понимают изменение характеристик транзистора при подаче напряжения на исток-подложку. С ростом напряжения на подложке (нижнем затворе) относительно истока (UBG) область обедненного слоя расширяется вглубь подложки. Т.к. Qp = Qss + Qос + Qр, то рост Qос приводит к увеличению UTO, а значит и к уменьшению ID. С учетом обратного смещения подложки относительно истока для порогового напряжения получается соотношение:
UTO = - K(2UF + UBG)1/2 + Uпс.
Здесь К = ±(2qee0N/Cd)1/2
Uпс = Qss/ Cd,
UF = kT /qln(N/ni) - потенциал Ферми (N = Nd - для прибора с каналом р-типа и Na -для прибора с каналом n-типа. Зависимость Uпор от величины (UF - Uпз)1/2 представляет собой линейную функцию. Из тангенса угла наклона этой прямой можно найти концентрацию примеси в подложке. Точка пересечения графика с осью ординат соответствует Uпс - части порогового напряжения, обусловленной зарядом Qss. Вычислив Uпс можно найти концентрацию поверхностных состояний Nss. Uпс = - Qss/Cd = qUпсN/(ede0 )
 |
В динамике надо ещё учитывать ёмкости затвор- исток и затвор - сток. Скалярный коэффициент А используется для моделирования параллельного включения нескольких транзисторов.
Структурно-физическая эквивалентная схема МOП транзистора
6. Характеристики МДП транзистора
Параметры прибора зависят от структуры канала - встроенный или индуцированный и от типа проводимости канала. Для ПТ со встроенным каналом напряжение на затворе относительно истока может быть обоих знаков, а для ПТ с индуцированным каналом - только одного знака. Выходные характеристики транзисторов с индуцированным и встроенным каналом представлены на рис. 3. Очень существенны передаточные характеристики - зависимости тока стока от напряжения затвор-исток (рис. 3,4). На рис. 4 приведена передаточная характеристика полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа (ПТИК) и на рис. 5 передаточная характеристика полевого транзистора со встроенным каналом p-типа (ПТ ВК).
Если к стоку приложено небольшое напряжение, то ток от истока к стоку течет через проводящий канал, который действует как сопротивление, и ток стока пропорционален напряжению сток-исток. Это линейная область работы прибора. Если напряжение на стоке увеличивать еще больше, то в конце концов достигается такое его значение, при котором глубина канала вблизи стока становится равной 0. Это соответствует отсечке, за которой ток стока испытывает насыщение и практически не меняет своей величины с ростом напряжения стока. Так как наибольший потенциал в канале наблюдается у стокового электрода, то перекрытие канала наступает со стороны стока. При дальнейшем повышении напряжения на стоке МОП транзистор переходит в состояние все более глубокого насыщения. Это приводит к увеличению области пространственного заряда, прилегающей к стоку, и к уменьшению длины канала. Область пространственного заряда может появиться и у истока, если подается обратное смещение на электроды исток-подложка.
Крутизна вольт-амперной характеристики МДП транзистора характеризует усилительные свойства S передаточной характеристики (рис. 3), которая выражает изменение тока от изменения входного напряжения.
.
В пологой области вольтамперной характеристики крутизна равна
.
Крутизна в пологой области вольтамперной этой области может быть увеличена одним из двух способов: либо уменьшением напряжения на затворе, либо изменением геометрии прибора - отношения ширины канала к его длине. Типичные значения величины крутизны для отдельных МДП маломощных полевых транзисторов лежат в пределах 0,5-12,0 мА/В.
Внутреннее или динамическое выходное сопротивление Ri определяется выражением:.
В пологой области характеристики для идеальных приборов Ri® ¥, а в реальных приборах Ri=40-100 кОм; в крутой области
Ri = L2/[mCзк(UGS – UTO – UDS)]
Сопротивление затвора
Сопротивление затвора Rg является функцией напряжения на затворе UGS, напряжение на стоке Vc, порогового напряжения Vпор и имеет значение 1010 -1015 Ом.
Характеристики и параметры МДП транзисторов можно измеряют по точкам на стандартных измерительных приборах: Л2-31 - измерителях статистических параметров полевых транзисторов и Л2-32 - измерителях крутизны полевых транзисторов либо автоматически с использованием стандартного характериографа Л2-56 - измерителя характеристик полупроводниковых приборов.
7. Расчетная часть
Справочные данные:
Полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом n- типа КП305Е
Транзистор кремниевый диффузионно-планарный полевой с изолированным затвором и каналом n-типа.
Предназначен для применения в усилительных каскадах высоких и низких частот с высоким входным сопротивлением.
Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами.
Масса транзистора не более 0,7 г.
|
Описание макета
Транзистор с индуцированным каналом n- типа КП305 размещен на плате макета. Функциональная схема для снятия параметров полевых транзисторов с изолированным затвором дана на рис. 6. Плата макета содержит защитную цепь затвора - резистор R1, стоковая цепь транзистора включает в себя измерительный резистор номиналом 1 Ом – R3 (для точного измерения тока стока с помощью цифрового вольтметра). Стоковая цепь транзистора не содержит ограничительного резистора, поэтому надо следить за предельным током стока и предельной тепловой мощностью, выделяемой на стоке.
Семейство выходных характеристик
С помощью макета, представленного на рис. 9 были произведены измерения и получены следующие зависимости:
|
Используя выходные характеристики транзистора, определим напряжение отсечки по следующему выражению:
Подставляя полученные данные в уравнение, получим систему:
Решая систему, получим Uотс = - 2,4 В
Определим коэффициент пропорциональности β, параметр модуляции длины канала λ и построим график крутизны передаточной характеристики. В режиме насыщения (0< Uзи – Uотс < Uси) справедливо выражение:
Ic = β(1 + λUси)(Uзи – Uотс)2
Выберем ветку при Uзи = 0.45 В, возьмем две точки: Uси1 = 3В и Uси2 = 5В, в которых соответственно Ic (3В)= 21.5*10-6 A и Ic (5В)= 24.5*10-6 А; получаем систему:
21.5*10-6 = β(1 + 3λ)(3 + 2.4)2
24.5*10-6 = β(1 + 5λ)(3 + 2.4)2
выражая β и λ, получим:
β = 5.8 *10-7 [А/В2],
λ = 0.088 [В],
тогда g = 5.8*10-7 (Uзи + 2.4), [А/В].
Таблица параметров статической математической модели полевого транзистора:
| Тип проводи- мости канала | Сопротивление утечки канала, при нулевом напряжении Uзи (при наличии встроенного канала), Ом | Напряжение отсечки (пороговое напряжение), В | Коэффициент LAMBDA 1/В | Коэффициент BETA, А/В |
| n | - | - 2.4 | λ = 0.088 | 5.8 *10-7 |
Биполярные транзисторы
Теоретические сведения по биполярным транзисторам
Биполярные транзисторы можно определить как полупроводниковые приборы, управляемые током (под этим понимается, что диапазон изменения входных токов значительно больше диапазона изменения входных напряжений). Характеристики биполярных транзисторов могут быть аппроксимированы в рамках нескольких моделей – моделью Гуммеля-Пуна, либо, при опускании некоторых подробностей, – моделью Эберса-Молла. Область транзистора, основным назначением которой, является инжекция носителей в базу, – носит название эмиттера, а область транзистора, функция которой – экстракция носителей из базы – носит название коллектора. В биполярном n-р-n- транзисторе (БТ) переход коллектор - база смещен в обратном направлении. При подаче на переход база-эмиттер напряжения около 0.6 В (для кремния) носители заряда преодолевают “потенциальный барьер” перехода база – эииттер. Это приводит к поступлению неосновных носителей заряда в область базы, где они испытывают сильное притяжение со стороны коллектора. Большинство такого рода неосновных носителей захватывается коллектором и появляется коллекторный ток, управляемый (меньшим по величине) током базы. Ток коллектора пропорционален скорости инжекции неосновных носителей в базу, которая является экспоненциальной функцией разности потенциалов база-эммитер (уравнение Эберса-Молла). Биполярный транзистор можно рассматривать как усилитель тока (с практически постоянным коэффициентом усиления h21э) или как прибор-преобразователь проводимости (по Эберсу и Моллу).
Упрощённое изображение сечения структуры биполярных транзисторов приведено на рис. 11. Взаимодействие между p-n переходами структуры транзистора появляется только при расстоянии между ними менее диффузионной длины неосновных носителей заряда в базе. Сечение структур реальных биполярных транзисторов приведено на рис. 12. На этом рисунке отмечены следующие области транзистора: 1, 2, 3 – электроды, соответственно, базы, эмиттера и коллектора, 4 – область эмиттера, 5, 6, 7 – соответственно, активная, пассивная и периферическая области базы, 8 – область коллектора, 9 – область изоляции, 10 - подложка. На рис. 12а – изображена структура одиночного эпитаксиально-планарного транзистора, на рис.12б – меза-планарного, на рис. 12в - эпитаксиально-интегрального транзистора .
|
|
|
|
0 комментариев