P1030345

270 M.Polowczyk. E.KIugmann - PRZYRZĄDY PÓŁPRZEWODNIKOWE

Tranzystor wykonujc się w podłożu typu p o rczyslywności lO"⁴...^" £2cm. Na powierzchni górnej podłoża, pomiędzy wyspami kontaktowymi n⁺ źródła (S) i drenu (D), osadza się warstwę Si0₂, a na niej z kolei osadza metalową bramkę (G). Przy braku polaryzacji zewnętrznej w tranzystorze nie ma kanału i prąd drenu nie może płynąć. Kanał pojawia się (indukuje) dopiero pod wpływem polaryzacji zewnętrznej, dzięki ooddziały-waniu elektrostatycznemu ładunków zgromadzonych na bramce. Kanałem staje się warstwa inwersyjna powstająca bezpośrednio pod dielektrykiem izolującym bramkę od półprzewodnika.

Mechanizm powstawania tej warstwy zilustrowano na rys.6.44.

Rys. 6.44. Indukowanie kanału lypu n:

a) warstwa dipolowa ładunku indukowana w tranzystorze*pod wpływem napięcia    b) wykres pasm

energetycznych wzdłuż linii prostopadłej do bramki; "n" - oznaczenie warstwy inwersyjnej lypu n

Pod wpływem napięcia U_GS indukuje się ujemny ładunek w warstwie dielektryka. Ładunek ten stanowią swobodne elektrony. Jego istnienie oznacza więc wzrost koncentracji swobodnych elektronów w warstwie półprzewodnika przyległej do dielektryka -bramki. Z kolei, jak wiadomo z ogólnej teorii półprzewodników, z wartością koncentracji swobodnych elektronów można w stałej temperaturze powiązać odległość poziomu Fermiego od dna pasma przewodnictwa W_c; maleniu tej odległości towarzyszy naturalnie wzrost prawdopodobieństwa obsadzenia stanów dozwolonych w paśmie przewodnictwa przez elektrony, a więc wzrost koncentracji swobodnych elektronów. Możemy więc oczekiwać, żc indukowanie ładunku ujemnego w warstwie półprzewodnika przyległej do dielektryka powoduje tam wygięcie pasm dozwolonych energii. Przy odpowiednio dużej wątłości ładunkiHtidukowanego wygięcie pasm może być tak duże, że poziom Fermiego stanie się bardziej odległy od pasma walencyjnego niż od pasma przewodnictwa, a stan taki jest znamienny dla półprzewodników typu n.

Widzimy więc, żc dodatnie napięcie U_GS, przy odpowiednio dużej wartości, większej od pewnej wartości progowej Uj, powoduje powstanie warstwy o przeciwnym (inwersyj-nym) w stosunku do podłoża typie przewodnictwa, tj. - warstwy inwersyjnej typu "n", która może pełnić rolę kanału przewodzącego prąd pomiędzy drenem i źródłem.

Tranzystor EMOS z kanałem indukowanym typu n należy więc do grupy tranzystorów NMOS.

Wyspy n⁺ pełnią w tym tranzystorze rolę niskoomowycb kontaktów nicprostujących z kanałem indukowanym.

W przypadku, gdy nie występuje warstwa inwersyjna, cały obszar pomiędzy wyspami n jest typu p i prąd w obwodzie dren-źródło może mieć co najwyżej wartość prądu wstecznego I_R złącza p-n⁺, występującego po stronie drenu lub źródła. Przy dowolnym napięciu U_DS bowiem jedno z tych złączy jest spolaryzowane zaporowo. Przypadek ten określamy jako stan wyłączenia kanału. Charakteryzuje się on bardzo dużą rezystancją ^rDSOFF obwodu dren-źródło;

^UDS

^rDSOFF ⁼ j    (6.173)

Wartość r_DSOpp, w zależności od konstrukcji, może być równa nawet 10 GO.

W przypadku występowania warstwy inwersyjnej rezystancja obwodu dren-źródło, równa rezystancji kanału tranzystora, jest mała, znacznie mniejsza od r^oFF^- Dzięki temu prąd przepływający przez kanał może osiągać duże wartości, zwykle nawet dziesiątki miliamperów, a jego konkretna wartość w danym tranzystorze zależy przede wszystkim od wartości napięć Uq^ i u_DS. W celu określenia tej zależności można posłużyć się uproszczonym modelem ładunkowym tranzystora (rys. 6.45a).

Rys. 6.45. Uproszczony model ładunkowy tranzystora EMOS z kanałem typu"n": a) model dynamiczny, b) model staloprądowy

W modelu tym źródło prądowe reprezentuje prąd stały drenu, o natężeniu

(5.174)

gdzie: L - czas transportu elektronów przez kanał,

O - ładunek sumaryczny swobodnych elektronów w kanale (wartość bezwzględna); znak ładunku uwzględniono w zwrocie wydajności prądowej źródła O/l,.