367 (18)

3C7

Tranzystory połowę ze złączem p-n

Jeżeli uwzględni się spadek napięcia na odcinku od punktu odcięcia do elektrody drenu, to

U_Dsat > Ucs — U_p    przy r_D > 0    (6.5)

Wróćmy jeszcze do rys. 6.10d, żeby wyjaśnić rzeczywisty przebieg prądu drenu w stanie po odcięciu kanału (rys. 6.11b). Gdyby odcinek Y, Y' był nieskończenie krótki, wówczas z uwagi na niezależność potencjału U_r = U_Dsal od napięcia U_DS (przypomina się, że cały przyrost napięcia U_DS ponad wartość U_Dsa, odkłada się na odcinku Y, Y') oraz brak zmian kształtu kanału w obszarze od źródła do punktu Y, prąd drenu nio zmieniałby się w funkcji napięcia V_DS. Ponieważ jednak odcinek Y, Y' nieznacznie wydłuża się w miarę zwiększania napięcia U_Ds, kanał (od źródła do punktu Y) skraca się, czyli jego rezystancja maleje, co przy stałości potencjału Uy = U_Dsa, oznacza zwiększanie się prądu drenu. To zjawisko, nazywane skracaniem kanału, wyjaśnia różne od zera nachylenie charakterystyki I_D{U_DS) w stanie po odcięciu kanału (rys. 6.1 lb).

Pole charakterystyk wyjściowych I_D(U_DS)—rys. 6.lla —dzieli się na dwa zakresy (obszary). Jest to zakres nienasycenia (często nazywany triodowym lub liniowymi) oraz zakres nasycenia (często nazywany pentodowym). Punkty' o współrzędnych Id san UDsat (P^r$d I_D i napięcie U _DS odpowiadające początkowi stanu odcięcia) wyznaczają parabolę (linia przerywana na rys. 6.lla) rozdzielająca oba te zakresy'.

Reasumując dotychczasowe rozważania stwierdzamy, że tranzystor PXFET może pracować w jednymi z trzech zakresów:

—    nieprzewodzenia (zatkania) dla |17_GS| > \U_p\, U_DS dowolne;

—    nienasycenia dla \U_CS\ < \U_p\ oraz |C/_os| < |U_Dsat\;

—    nasycenia dla |ł7_cs| < \U_P\ oraz |ł7_DS| > \U_Dsat\.

Charakterystyki i parametry statyczne — analiza ilościowa    6.2.2

Statyczne charakterystyki prądowo-napięciowe rozpatrzymy oddzielnie dla zakresów nienasycenia i nasycenia.

Przebieg charakterystyk statycznych w istotny sposób zależy od rozkładu koncentracji domieszek w kanale tranzystora. Bockemuehl¹⁾ wyprowadził równania charakterystyk prądowo-napięciowych tranzystora PNFET, uogólnione dla do-wclnego rozkładu domieszek. Wprawdzie wyprowadzenie Bockemuehla jest bardzo błyskotliwe i eleganckie, jest ono jednak zbyt specjalistyczne (wyrażenia końcowe mają dość złożoną postać całkową), by je powtarzać w tej książce. Dlatego przyjmiemy inny sposób postępowania, a mianowicie wyprowadzimy równania charakterystyk dla dwóch skrajnie różnych przypadków' rozkładu koncentracji domieszek, przedstawionych na ryc. 6.13. Oba przypadki dotyczą tranzystorów epiplanarnych (na podłoże typu p jest nanoszona warstwa epitaksjalna typu n, w której następnie jest wytwarzana warstwa p⁺), różniących się tylko grubością kanału (grubością warstwy epitaksjalnej). W przypadku dużej grubości kanału (rys. 6.13a) przejścia od obszaru p⁺ do n oraz od n do p są „strome” w porównaniu z grubością kanału i można przyjąć, że rozkład koncentracji domieszek w kanale jest równomierny. Aproksymowany rozkład koncentracji domieszek w takim tranzystorze przedstawiono na rys. 6.13b.

^ł) Bockemuohl R. R.: Analysis of field-offect transistors with arbitrary charge distribution. IEEE Trans., January 1903, Vol. ED-10, pp. 31—34.