основному базується на приладах зі структурою метал-діелектрик-напівпровідник (МДП), що пов'язано з простотою планарної технології, що забезпечує в теж час високий ступінь інтеграції мікросхем при малих токах споживання.
Вольтамперная характеристика ідеального МДП транзистора, отримана в наближенні плавного каналу при обліку тільки дрейфовой складової струму та ряді інших припущень може бути записана у вигляді:
(1)
де Z - ширина каналу, - довжина каналу,
?- Рухливість носіїв заряду, - ємність подзатворного діелектрика, - напруга на затворі, - напруга на стоці, - порогове напруга.
Фізичною основою роботи МДП-транзистора є ефект поля, який полягає у зміні концентрації вільних носіїв заряду в приповерхневої області напівпровідника під дією зовнішнього електричного поля.
У структурах метал - діелектрик - напівпровідник зовнішнє поле обумовлено прикладеним напругою на металевий електрод (затвор) щодо напівпровідникової підкладки. Залежно від знака і величини прикладеної напруги розрізняють три стани при поверхневій області напівпровідника.
1. Збагачення основними носіями. Цьому стану відповідає знак напруги на металевому електроді (затворі), що притягає основні носії (для n -типу, VG gt; 0).
2. Збіднення основними носіями. Цьому стану відповідає невелике за величиною напруга, відразливе основні носії (для n -типу, VG lt; 0).
. Інверсія типу провідності. Такому стану відповідає велика за величиною напруга на затворі, відповідне значним вигинів зон і що викликає збагачення поверхні неосновними носіями заряду (для n -типу, VG lt; lt; 0).
Коли на поверхні напівпровідника сформувався інверсійний канал, величина концентрації неосновних носіїв заряду (дірок) в інверсійних каналах дорівнює концентрації основних носіїв (електронів) в обсязі напівпровідника. При цьому величина поверхневого потенціалу? S дорівнює? S=2? O, де? O - відстань від середини забороненої зони до рівня Фермі в квазінейтральності обсязі. Змінюючи величину напруги на затворі, можна міняти концентрацію дірок в инверсионном каналі, і тим самим модулювати його провідність. При цьому дірки в каналі відокремлені від вільних носіїв в об'ємі напівпровідника областю просторового заряду.
Розглянемо польовий транзистор зі структурою МОП (метал - окисел-напівпровідник), схема якого наведена на рис. 33.
Рис. 33 (транзистор МОП)
Основними елементами конструкції МДП-транзистора є:
1. Дві найсильніші леговані області протилежної з підкладкою типу провідності, стік і джерело;
2. діелектричний шар, що відокремлює металевий електрод, затвор, від напівпровідникової підкладки і лежить над активною областю транзистора, інверсійним каналом, що з'єднує стік і джерело.
Струм в каналі МДП-транзистора, виготовленого на підкладці n -типу, обумовлений вільними дірками, концентрація яких r. Електричне поле Еy обумовлено напругою між стоком і витоком Vd. Відповідно до закону Ома щільність струму каналу.
(2)
де: q - заряд електрона,
? p - рухливість (x) - концентрація дірок в каналі.
Проинтегрируем (2) по ширині z і глибині x каналу. Тоді інтеграл у лівій частині (3) дає повний струм каналу Id, а для правої отримаємо
(3)
Величина під інтегралом є повний заряд дірок Qp в каналі на одиницю площі. Тоді
(4)
Знайдемо величину заряду дірок Q p. Запишемо рівняння електронейтральності для зарядів на одиницю площі у вигляді
(5)
Згідно (4) заряд на металевому електроді QM врівноважується сумою зарядів на напівпровіднику: вільних дірок Qp і іонізованних донорів QB і вбудованих зарядів у окисле Q ox. На рис. 34 наведена схема розташування цих зарядів. З визначення ємності випливає, що повний заряд на металевій обкладці QM конденсатора
(6)
де Vox - падіння напруги на Окісна шарі, Cox - питома ємність подзатворного діелектрика.
Рис. 34 (схема розташування зарядів в активній області МДП - транзистора) QB - заряд іонізованних донорів; Q p - заряд вільних дірок; Q ox - заряд, вбудований в оксиді; QM - заряд на металевому електроді.
Оскільки повне прикладена напруга VG є сума падінь напруги в окисле V ox і в напівпровіднику? s, то
(7)
...
