Индуцированный канал

Конструкция МДП-транзистора с индуцированным каналом n -типа показана на рис. 4.6, а. Канал проводимости, обеспечивающий протекание тока за счет движения носителей заряда от истока к стоку, в данной структуре изначально (на заводе) не создается. В связи с этим, обратим внимание, что области истока и стока отделены от подложки p -типа и друг от друга изолирующим слоем p-n- переходов. Другими словами, исток и сток гальванически сейчас не связаны. Очевидно, что приложение напряжения между контактами стока С и истока И не вызовет появления тока стока ввиду отсутствия канала проводимости.

а) б) в)

Рис. 4.6. Конструкция планарного МOП-транзистора с индуцированным n -каналом (а),
семейства его стоковых (б) и стоко-затворных характеристик (в)

Для того, чтобы электроны имели возможность переходить от истока к стоку, необходимо искусственно создать (индуцировать) канал длиной d c проводимостью n -типа, в котором электроны являются основными носителями. Эта возможность может быть реализована за счет так называемого эффекта поля [4], который заключается в следующем.

Подадим положительный потенциал j_з на металлический контакт затвора З, так что нем появится положительный заряд.

Вспомним, что в подложке р -типа имеются основные носители – дырки, а также – неосновные носители – электроны.

Электрическое поле положительного заряда затвора засчет явленияэлектростатической индукции (через слой диэлектрика) силами кулоновского взаимодействия подтягивает электроны из объема подложки под слой окисла, отделяющий металлический контакт З от полупроводника. Заметим, что это же поле отталкивает из-под слоя окисла дырки, заставляя их дрейфовать вглубь р -подложки.

Если подтянувшихся к поверхности электронов будет достаточное количество, то приповерхностный слой полупроводника (под диэлектриком) не только обогатится электронами, но даже изменит тип проводимости: под пленкой окисла образуется канал n -типа, как проводник, который соединит исток и сток, аналогично транзистору ПТИЗ со встроенным каналом.

Другими словами, n -канал образуется (индуцируется) при определенном ²+² потенциале затвора благодаря притягиванию электронов из полупроводниковой подложки р -типа. За счет подтягивания электронов под слоем окисла (под контактом затвора) в приповерхностном слое полупроводника происходит изменение знака проводимости этого приповерхностного слоя. Таким образом, индуцируется токопроводящий канал n -типа длиной d.

Проводимость образовавшегося канала n -типа возрастает по мере повышения приложенного к затвору напряжения положительной полярности, т.к. все больше и больше электронов подтягивается² под слой диэлектрика.

Заметим, что входной ток от затвора в транзистор (через слой окисла) отсутствует, т.к. диэлектрик SiO ₂ имеет очень большое сопротивление.

Таким образом, транзистор с индуцированным каналом работает только в режиме обогащения канала электронами, после того, как потенциалом затвора формируется канал соответствующего типа проводимости. Напряжение затвора U _зи.пор, при котором образуется канал необходимого типа, называется пороговым (рис. 4.6, в).

После того, как канал образовался, работу транзистора и его ВАХ следует анализировать так же, как и транзистор со встроенным каналом.

Условные обозначения МДП-транзисторов указаны на рис. 4.7.

Рис. 4.7. УГО МДП-транзисторов со встроенным каналом n -типа (а) и выводом
от подложки (в); со встроенным каналом p -типа (б) и выводом от подложки (г);
с индуцированным каналом n -типа (д) и выводом от подложки (ж); с индуцированным
каналом p- типа (е) и выводом от подложки (з)

МДП-транзисторы могут быть изготовлены с каналом n - или р -типа.

МДП-транзистор (МОП-транзистор) представляет собой в общем случае четырехэлектродный прибор. Четвертым электродом (кроме И, З, С) является вывод от подложки П (исходной полупроводниковой пластины), выполняющий вспомогательную функцию, например, заземления.