Opisz własności idealnej struktury MIS (MOS) – wytwarzanie stanu akumulacji, zubożenia i inwersji w półprzewodniku.

Obwód prądu przepływającego od źródła do drenu zamyka sie przez obszar przypowierzchniowy pp leżący pod warstwa dielektryka. Od jego konduktancji zależy wartość prądu źródło-dren. W zależności od polaryzacji bramki (kontaktowej różnicy potencjałów, ładunku w dielektryku, stanów powierzchniowych) w pp tworzy się pod bramką warstwa akumulacyjna (dużo elektronów, mało dziur), zubożona (mało elektronów, mało dziur) lub inwersyjna (mało elektronów, dużo dziur).

- w przypadku akumulacji lub zubożenia droga od źródła do drenu odpowiada dwóm

złączom p+-n włączonym szeregowo przeciwstawnie – prąd źródło-dren ma znikomą wartość

(niezależnie od polaryzacji dren-źródło) – prąd wsteczny jednego ze złączy

- w przypadku inwersji obszary p+ źródła i drenu połączone są warstwa inwersyjna o

tym samym typie przewodnictwa (dużo dziur, mało elektronów). Istnienie kanału typu p

umożliwia przepływ dużego prądu dziurowego miedzy źródłem i drenem. Zmiany napięcia

bramki modulują konduktancje kanału sterując wartością prądu źródło-dren.

Przedstaw klasyfikację tranzystorów MIS i opisz zasadę ich działania. Wymień odmiany technologiczne tranzystorów MIS. Wymień i opisz odmiany „układowe” tranzystorów MIS.

W przeciwieństwie do tranzystorów bipolarnych, których działanie zależy od

dwóch rodzajów nośników ładunku (i dziur i elektronów), w tranzystorze unipolarnym

(polowym) o przepływie prądu decyduje tylko jeden rodzaj nośników – i są to albo dziury albo elektrony.

Tranzystor MOS polaryzuje się tak, żeby jeden rodzaj nośników (nie ma nośników większościowych i mniejszościowych – elektrony w kanale typu N, dziury w kanale typu P) płynęły od źródła do drenu.

Ze względu na przewodnictwo kanału tranzystory MIS można podzielić na dwa rodzaje:

• tranzystor MIS z kanałem typu , w którym występuj przewodnictwo dziurowe,

• tranzystor MIS z kanałem typu n, w którym występuj przewodnictwo elektronowe.

Ze względu na różnice w zjawiskach fizycznych (różnice w sposobie modulacji przewodności kanału) tranzystory MIS dzielimy na dwa rodzaje:

• z kanałem zaindukowanym, czyli z kanałem w postaci warstwy inwersyjnej,

• z kanałem wbudowanym, czyli z kanałem w postaci warstwy domieszkowanej o przeciwnym typie przewodnictwa niż podłoże.

Różnice te obrazowo przedstawia poniższy rysunek 2. Dla łatwiejszego porównania zjawisk przyjęto, że w obu tranzystorach przewodności kanałów są identyczne przy napięciu U_GS=0. Rysunek 2a przedstawia sytuację w obu tranzystorach dla stanu neutralnego. W tranzystorze z kanałem wbudowanym kanałem jest warstwa typu domieszkowana donorami. W tranzystorze z kanałem zaindukowanym kanałem jest warstwa inwersyjna typu n , powstałą w skutek przyciągania dużej liczby elektronów do powierzchni przez dodatni ładunek powierzchniowy. W stanie neutralnym nie ma jeszcze istotnych różnic pomiędzy tymi tranzystorami poza tym, że kanał w tranzystorze z „wbudowanym” jest obojętny elektrycznie, a w tranzystorze z kanałem zaindukowanym jest on naładowany ujemnie. W przypadku ujemnej polaryzacji bramki (rysunek 2b) elektrony są odpychane w głąb półprzewodnika, co powoduje w tranzystorze z kanałem wbudowanym powstanie przypowierzchniowej warstwy zubożonej w tranzystorze z kanałem zaindukowanym natomiast – zmniejszenie ładunku elektronów w kanale. Przewodności kanałów w obu tranzystorach zmieniły się identycznie, jednak wyraźnie widać podstawową różnicę w ich działaniu, polegającą na tym , że kanał w tranzystorze „wbudowanym” odsuwa się od powierzchni, a w tranzystorze z kanałem zaindukowanym pozostaje zawsze przy powierzchni.

Rysunek 2

Ze względu na przebieg podstawowych charakterystyk wyróżnia się dwa rodzaje tranzystorów MIS, a mianowicie:

• tranzystor z kanałem zubożonym, inaczej tranzystorem normalnie włączonym, E-MOSFET

• tranzystor z kanałem wzbogaconym, inaczej nazywany tranzystorem normalnie wyłączonym D-MOSFET

W przypadku kanału wbudowanego prąd drenu może płynąć bez polaryzacji bramki. Mówi się w tym przypadku, że tranzystor jest normalnie włączony. Sterowaniem bramki można konduktancję kanału zwiększyć (kanał wzbogacić w nośniki) lub zmniejszyć (kanał zubożyć w nośniki), w zależności od znaku napięcia bramki. W przypadku kanału indukowanego, jeżeli jedynym źródłem pola elektrycznego, działającego prostopadle ku powierzchni półprzewodnika, jest napięcie bramki, kanał nie istnieje i prąd drenu nie może płynąć bez polaryzacji bramki. Mówi się w tym przypadku, że tranzystor jest normalnie włączony. Odpowied­nim napięciem na bramce można spowodować powstanie kanału i zwiększenie jego konduktancji (wzbogacenie w nośniki). Może powstać taka sytuacja, że kanał zostanie zaindukowany polem elektrycznym wywołanym nie napięciem bramki, lecz pewnymi wewnętrznymi czynni­kami fizycznymi (kontaktową różnicą potencjałów bramka metalowa–półprzewodnik lub nieskompensowanym ładunkiem w dielektryku).