P-n перехід та його застосування в техніці” Виконав Студент ІІ-го курсу 204 групи ІТФ Романюк Богдан Володимирович Керівник Крамар Валерій Максимович Чернівці, 2008р

Скачати 0.74 Mb.

Назва	P-n перехід та його застосування в техніці” Виконав Студент ІІ-го курсу 204 групи ІТФ Романюк Богдан Володимирович Керівник Крамар Валерій Максимович Чернівці, 2008р
Сторінка	7/8
Дата	09.04.2013
Розмір	0.74 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

1 2 3 4 5 6 7 8

(10.2)
Під Uзи тут і нижче розуміється модуль напруги на затворі. З умови ω = 0 легко знайти напругу відсічення, при якій збіднений шар перекриває весь канал і струм в каналі припиняється.

(10.3)

Наприклад якщо N = 5 *1015 cм-3 і а = 2 мкм, то Uзв = 12.5 В. Як бачимо, товщина робочого шару і концентрація домішки в ньому повинні бути достатньо малі. Інакше Uзв буде дуже великим. Використовуючи величину Uзв, товщину каналу можна записати

(10.4)
Така товщина зберігається по всій довжині каналу. Опір каналу в цьому випадку рівний

(10.5)
де Z - ширина каналу, ρ - питомий опір n - шаруючи. При ** = 1 Ом см, а = 2 мкм Uзи = 0 R0.min = 0.5 грудка, при Uзи/Uзо = 5 R0 = 1.8 грудка
СТАТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Якщо подана напруга Uси, то через канал протікає струм і поверхня каналу, прилегла до збідненого шару, вже не буде еквівалентною. Відповідно напруга на р-n- переході мінятиметься уздовж осі X, зростаючи поблизу стоку. Значить, і ширина збідненого шару переходу збільшуватиметься в напрямі від витоку до стоку. (рис.10.4). Коли різниця потенціалів Uси + |Uзи| (де Uзи < 0) зробиться рівного напрузі відсічення Uзв, товщина каналу поблизу стоку стане рівною нулю, тобто утворюється "горловина" каналу (рис. 10.4).

На відміну від випадку Uзи = Uзв це не приводить до відсічення струму, так як саме утворення “горловини” є слідство збільшення струму. Замість відсічення струму відбувається відсічення його приростів, тобто насичення струму. Надалі, коли Uси + |Uзи| > |Uзв|, “горловина” переміщається до джерела, а довжина каналу дещо зменшується (рис.10.4).
З приведеного опису виходить, що напруга насищається для польових транзисторів виражається таким чином:
Uси = |Uзв| - |Uзм |, де Uзи < 0 (6)
Схема включення польового транзистора із загальним витоком приведена на рис.10.5.

Сімейство стічних ВАХ (вихідних) визначають залежність струму стоку від напруги на стоці при фіксованій напрузі на затворі

. Це сімейство зображено на рис.10.6а.
Початкові ділянки характеристик (малі Uс) близькі до лінійних. З підвищенням Uс залежність Iс – Uс приймає різко нелінійний характер (із зростанням Uс зростає і опір каналу). Починаючи з деякою напругою на стоці (Uс.и.) перехід майже стуляється і подальше його збільшення не приводить до збільшення Ic. Наступає режим насичення. Напруга на стоці, при якому наступає насичення Ic, називається напругою насичення Uс.н. = |Uз.о.|(з рівняння 6).

Із зростанням напруги на затворі (по модулю) струм стоку зменшується і характеристика розташовується нижче. Можна сказати, що польовому транзистору властивий режим збіднення.
На рис. 10.6 приведена стоку - характеристика затвора (передавальна)

Струм стоку протікає при Uз = 0 і має max значення при заданому Uс. Напруга на затворі може мати тільки одну полярність напруги (в даному випадку негативну). Інакше критичного струму, при якому залежність струму від температурі у принципі відсутній. Напруга на затворі, відповідна критичному струму, рівна:
Uз.в. – Uз.н. кр ≈ 0.65 в.
Малосигнальні параметри і еквівалентна схема польового транзистора

В підсилювальній техніці використовуються пологі ділянки ВАХ – область насичення. Цій області властиві якнайменші нелінійні спотворення сигналів і оптимальні значення малосигнальних параметрів. Мало сигнальними параметрами є по ДОСТ 17466 – 80 (Транзистори біполярні і польові. Основні параметри):
Крутизна

(11.1)
Внутрішній опір

(11.2)

Коефіцієнт посилення

(11.3)

Ці три параметра зв'язані співвідношенням Ко = S * rc.
Крутизна в області насичення визначається виразом:
S = b(/Uзв – Uзи/) (11.4)
де “b” – питома крутизна. Це обумовлено тим, що при Uзв – Uзи = 1 – величина “b” чисельно рівна S. Внутрішній опір на пологій ділянці ВАХ обумовлений залежністю довжини каналу від стічної напруги. Зростання напруги Uси приводить до появи “горловини” і укорочення каналу. При цьому збільшується питома крутизна “b” і Ic. В цілому це явище аналогічно ефекту Ерлі (модуляції товщини бази). Тому внутрішній опір польового транзистора має ту ж структуру, що і опір колектора

(11.5)
Якщо N = 1016 см-3 ; Uc = 4 B, Ic = 1мa, L = 10мкм одержуємо rс = 100 кОм, тобто на порядок менше, ніж rк.
малосигнальна еквівалентна схема польового транзистора приведена на рис.4.6, де:

rc– диференційний опір каналу на пологій ділянці ВАХ; SUаи – джерело струму, що відображає підсилювальні властивості транзистора; Rзи і Rзс – зворотні опори р-n переходу; Cзи і Сзс – бар'єрні місткості бокових частин р-n переходу. Інерційність зміни струму характеризується постійної часу крутизни τs . Вона є добутком опору каналу на місткість затвор – канал. Оскільки перетин каналу різне на різних ділянках користуються їх середнім значеннями

(11.6)

В даний час швидкодія польових транзисторів нижче за біполярні.
Вхідний опір польового транзистора визначається зворотним струмом р-n перехода і не перевищує 1011 ом. Із зростанням температури цей опір швидко зменшується і на межі робочого діапазону. (+125 С) може дійти до 107 ом і менш.
Важливою гідністю польових транзисторів є висока стабільність характеристик в часі і малий рівень шумів. Причина цих переваг в тому, що канал відокремлений від поверхні збідненим шаром, що грає роль діелектрика. В результаті на межі каналу з таким “діелектриком” відсутні дефекти кристалічних грат, які є причиною нестабільності і шумів. Вплив пасивних областей (шарів витоку і стоку) зводиться до доповнення еквівалентної схеми резисторами Rи і Rс, включеними послідовно з витоком і стоком. Опори цих резисторів звичайно складають не більше 10 – 20 ом, так що їх вплив (в порівнянні з опором каналу) мало істотний.
По ДОСТ 11336.919 – 81 польові транзистори маркіруються таким чином.
Перший елемент маркіровки буква або цифра, вказуюча матеріал напівпровідникового матеріалу:

Германій - Г або 1 причому цифра ставиться для позначення
Кремній -К або 2 транзистора спеціального призначення.
Арсенід галію -А або 3
Другий елемент позначення буква П – польовий транзистор.
Третій елемент позначення визначає призначення транзистора з погляду частотних і потужностях властивостей.

Третій елемент позначення транзистора

Наприклад: КП312А – кременевий транзистор з n каналом і затвором у вигляді р-n переходу. Рmax = 100 Мвт.

МПД – ТРАНЗИСТОРИ З ІНДУКТОВАНИМ КАНАЛОМ
МПД транзистори є одним з нових типів напівпровідникових приладів. Їх робота заснована на наступному явищі – якщо між напівпровідниковою пластиною і розташованим на невеликій відстані від неї металевим електродом прикласти різність потенціалів, то розподіл зарядів на поверхні напівпровідника змінюється, що у свою чергу приводить до появи в об'ємі напівпровідника електричного поля, направленому на зустріч зовнішньому полю і екрануючому від нього основний об'єм напівпровідника. З поглибленням від поверхні поле в об'ємі напівпровідника спадає до 0 і глибоко розташовані шари напівпровідника залишаються електрично нейтральними. З енергетичної точки зору дія зовнішнього поля на напівпровідник зводиться до викривлення зон енергетичної діаграми поблизу поверхні напівпровідника р- типу, рівень ферми якого розташовується між валентною зоною і серединою забороненої зони. (рис.11.2а)
Якщо до металевого електроду прикладений негативний щодо напівпровідника потенціал, то у поверхні напівпровідника утворюється шар, концентрація основних носіїв – дірок в якому більше різниці концентрацій іонізованих донорів і акцепторів. Цей шар називають тим, що збагатив. Збагачення дірками рівнозначно викривленню зон енергетичної діаграми вгору.(рис. 11.2в). Ступінь цього викривлення зон залежить від потенціалу металевого електроду і властивостей середовища, що заповнює проміжок між електродом і напівпровідником.
Якщо до металевого електроду прикладений позитивний потенціал, то на поверхні напівпровідника утворюється збіднений дірками шар, що рівнозначне викривленню зон вниз (рис. 11.2 б,г). При порівняно невеликих позитивних потенціалах металевого електроду, поки рівень Фермі в поверхневому шарі все ще залишається нижче за середину забороненої зони, поверхневий шар збереже колишній тип електропровідності, але величина питомої електропровідності цього шару зменшиться (рис.11.2в).
Якщо ж величина позитивного потенціалу металевого електроду, а отже, і зовнішнього електричного поля такі, що при викривленні зон енергетичної діаграми рівень Фермі виявляється вище за середину забороненої зони, то це означає, що на поверхні напівпровідника утворюється шар з електропровідністю іншого типу – типу n. Цей шар називається інверсним (рис.11.2г).

Принцип дії польового транзистора з ізольованим затвором заснований на ефекті зміни концентрації рухомих носіїв заряду в поверхневому шарі напівпровідника під дією зовнішнього електричного поля, створеного напругою, прикладеною до металевого електроду, який відокремлений від поверхні напівпровідника шаром ізолятора.
Реальна структура МДН - транзистора з каналом n-типа, виконаного на основі напівпровідника р- типу, приведена на рис.11.3б. По ДОСТ 2.730 – 73 польові транзистори з індукованим каналом n- типу на принципових схемах зображаються як на (рис.11.3а).
Металевий електрод, що створює ефект поля, називається затвором (3). Два інші електроди називаються витоком і стоком. Вони у принципі зворотні. Якщо канал n- типу, то робочі носії – електрони і полярність стоку позитивна. Витік звичайно сполучають з підкладкою (П). Хай затвор сполучений з витоком, тобто Uзи = 0. При цьому канал відсутній і на шляху

між стоком і витоком виявляється два зустрічно включених р-n переходів. Тому при подачі напруги Uси струм в ланцюзі стоку буде нікчемно-малий. Якщо подати на затвор негативну напругу Uзи < 0, то при поверхні шар збагатиться дірками, при цьому струм в робочому ланцюзі мало зміниться. Якщо ж подавати на затвор більший позитивний зсув Uзи > 0, то спочатку утворюється збіднений шар, а потім – інверсний шар електронів, тобто провідний канал. Після цього струм стоку приймає кінцеве значення і залежить від напруги на затворі. Це і є робочий режим МДН – транзистора. Оскільки вхідний струм (в ланцюзі затвора) нікчемно малий, виходить велике посилення по потужності, набагато більше, ніж у біполярних транзисторів.

Канал, що утворюється під дією зовнішньої напруги, називається індукованим. Товщина індукованого каналу практично незмінна, тому модуляція його провідності обумовлена змінами концентрації носіїв. Напруга на затворі, при якій утворюється канал, називається пороговою напругою і позначає Uo. Довжина каналу L рівна відстані між шарами витоку і стоку, а ширина Z – протяжності цих шарів. (рис.19.2.). Якщо вибрати підкладку n- типу, а шари стоку і витоку р-типу, то вийде МДН – транзистор з індукованим р- каналом. Він характерний зворотними полярностями порогового і робочих напруг: Uo < 0, Uзи < 0 і Uси <0.

Електронні схеми, в яких використовуються поєднання транзисторів з n- і р- каналами, називають комплементарними схемами – так само, як і у разі біполярних транзисторів.

Підкладку МДН - транзисторів прагнуть зробити з матеріалу з високим питомим опором, з тим щоб полегшити утворення каналу і збільшити пробивну напругу переходів витоку і стоку.

N – канальні транзистори більш швидкодійні, оскільки рухливість їх робочих носіїв – електронів приблизно в 3 рази вище, ніж дірок. По-друге, у МДН - транзисторів з n- каналом порогова напруга менше.

В цілому транзистори з n- каналом більш перспективні.

Напруга затвора наводить в напівпровіднику тим більший питомий заряд (на 1 площі), чим більше питома ємність між металом і поверхнею напівпровідника. Значить, питома ємність затвор – канал визначає управляючу здатність затвора і тому є одним з важливих параметрів МДН – транзистора. Ця місткість виражається так:

(11.7)
де d – товщина діелектрика; Ед – його діелектрична проникність. Зменшення величини d бажане, але обмежене пробоєм діелектрика. Звичайне d = 0.1ч 0.15 мкм. Якщо d = 0.15мкм, Ед = 3.5(для ), то C0 ≈ 200 пф/мм2.

Практично значення порогової напруги лежать в межах
Uo = 0.5 ׃ 3.5 B.

СТАТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Розглянемо вплив струму на структуру каналу. Якщо напруга Uси = 0, то поверхня напівпровідника еквіпотенціальна, Поле в діелектриці однорідне і товщина каналу h – однакова на всьому протязі. Якщо ж Uсв > 0, то протікає Iс і потенціал поверхні зростає від витоку до стоку. Значить, різниця потенціалів між затвором і поверхнею у напрямі стоку зменшується. Тому концентрація в каналі біля стоку зменшується. При деякій критичній напрузі на стоці, яку називають напругою насичення, різниця потенціалів між затвором і поверхнею у стоку робиться рівною 0. утворюється “горловина” каналу.

Напруга насичення має вигляд
Uсн = Uзи – Uо. (11.8)
При напругах у Uси > Uсн “горловина” каналу зсовується у бік витоку і відбувається укорочення каналу.

Після утворення “горловини” каналу струм в ланцюзі стоку практично перестає залежати від напруги на стоці – наступає насичення струму Iс, звідки і назва напруги Uc.н.

При Uси < Uсн рівняння ВАХ на крутій ділянці визначається
Ic = b ((Uзи – Uo) Uсм – Ѕ Ucи2) (11.9)
тут “b” – питома крутизна МДН - транзистора.

(11.10)
- при поверхнева рухливість носіїв (вона звичайно в два – три рази менше об'ємної ); Z – ширина каналу, L – довжина.

В області насичення (для пологих ділянок)
Ic = 1/2 b (Uзи - Uо)2 (11.11)
Дотепер вважалося, що витік сполучений з підкладкою. Бувають випадки, коли підкладка має негативний потенціал Uпи щодо витоку (наприклад, в інтегральних схемах, у яких підкладка загальна для всіх транзисторів. Позитивна напруга на підкладці(у разі n- канального транзистора) неприпустимо, оскільки при цьому р-n перехід витоку працюватиме в прямому включенні матиме місце інжекція електронів в підкладку, тобто порушиться принцип роботи у неполярних транзисторів). Тоді напруга, падаюча на шарі об'ємного заряду, збільшиться і струм Ic буде функцією двох напруг: Uзи і Uпи, тобто можливе подвійне управління струмом. Наявність напруги між підкладкою і витоком приводить до збільшення порогової напруги.

МДН – транзистори з індукованим каналом можуть працювати тільки в режимі збагачення і лише при одній полярності напруги на затворі, знак якого визначається типом електропровідності (напругу на стоці і затворі щодо витоку мають однакові знаки).

Малосигнальні параметри МДН - транзисторів такі ж, як і у польових.

Управління МДН - транзисторів по затвору переважно, тому що при цьому вхідний опір, визначуваний діелектриком, незрівнянно більше (при управлінні по підкладці вхідний опір визначається зворотним струмом стокового р-n- переходу).

При заданих напругах на затворі і стоці струм Iс залежить від температури. Ця залежність виявляється через параметри b U0. Функція b(T) обумовлена температурною залежністю рухомих носіїв, а функція U0 (T) – температурною залежністю рівня Фермі.

Із зростанням температури і питома крутизна і порогові напруги зменшуються, причому зменшення цих параметрів впливає на струм Iс в протилежних напрямах. Існує таке значення струму Iс, при якому вплив залежності b(Т) і U0(Т) врівноважується. Це стабільне значення називають критичним струмом. Наявність критичного струму – важлива відмінна риса МДН - транзисторів. Вона забезпечує можливість температурної стабілізації схем найпростішим шляхом – вибором робочого струму.

Напруга на затворі, відповідне Iс.ктр рівне:

1 2 3 4 5 6 7 8

Схожі:

Характеристика групи №46 У 46 групі навчається 25 учень, всі хлопці. Вік дітей 15-17 років. Класний керівник Моргун Роман Володимирович	Конспект з філософії Виконав: студент групи ЗІК-01 Гуськов П. А. Київ-2011 ...
1. Загальна характеристика Якщо студент постійно відвідував заняття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...	1. Загальна характеристика Якщо студент постійно відвідував занаття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...
Методические указания по развитию навыков чтения и устной речи по... Якщо студент постійно відвідував заняття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...	Курсової роботи обирається за порядковим номером із переліку робіт... Цивільного та сімейного права України або пов’язана з його професійною діяльності. Самовільна зміна теми курсової роботи без дозволу...
Тема: "Раціоналізм або емпіризм" Виконав студент 12ПМ Шрамко Євген... Введення	СКЛАД Валерій Володимирович заступник міського голови, заступник голови конкурсної комісії
Максим Максимович – «маленька людина» з великою душею. (Роман М.... ...	Вибір варіанту здійснюється від позиції прізвища виконавця в списку... Поняття населення держави і його склад. Громадянство і його значення в сучасних міжнародних відносинах

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання