Полевые транзисторы с управляющим переходом металл-полупроводник.

       Полевые транзисторы с управляющим переходом металл-полупроводник или МЕП-транзисторы изготавливаются, в основном, на основе арсенида галлия GaAs, что обусловлено рядом его преимуществ по сравнению с кремнием. Арсенид галлия обладает широкой запрещенной зоной (), благодаря чему нелегированный арсенид галлия практически является диэлектриком. Кроме того, арсенид галлия обладает высокой подвижностью электронов и большей их скоростью насыщения, чем в кремнии. Все это способствует формированию МЕП-транзисторов с высокими быстродействием ( 10-ки пс) и граничной частотой (f_гр =300ГГц). Однако арсенид галлия обладает низкой подвижностью дырок и высокой плотностью поверхностных состояний, что затрудняет разработку на его основе биполярных транзисторов и полевых МДП-транзисторов, в работе которых основную роль играют процессы на р-п переходе.

       Простейшая структура МЕП-транзистора на основе GaAs приведена на рисунке 8. 5. В качестве подложки выбирается высокоомный арсенид галлия р - типа проводимости.риведена на рисунке ЕП-транзистора на основе ностью поверхностных состояний, что затрудняет разработку на его основе биполярны

 

 

Рис.8.5. Структура полевого транзистора с управляющим переходом металл-полупроводник.

 

 

В подложке создаются высоколегированные области п⁺ -типа проводимости, служащие для создания истока и стока. Между этими областями создается тонкий слой п -типа проводимости толщиной 0,1…0,2мкм для формирования канала транзистора. Затем на поверхности полупроводника наносят тонкий слой диэлектрика, например, на основе двуокиси кремния. В слое диэлектрика формируют окна, в которые напыляют тонкие металлические электроды истока, стока и затвора.

Электроды истока и стока образуют омические контакты с п⁺ -областями полупроводника, а электрод затвора образует с п -областью канала выпрямляющий контакт металл-полупроводник, т.е. барьер Шоттки. Работа этого транзистора состоит в том, что при приложении напряжения между затвором и истоком меняется ширина барьера Шоттки, что в свою очередь, как и в случае полевого транзистора с управляющим р-п переходом, меняет ширину канала d, и, следовательно, его проводимость и ток стока. Таким образом, принцип действия МЕП-транзистора практически нечем не отличается от принципа действия полевого транзистора с управляющим р-п переходом и МЕП-транзистор описывается теми же характеристиками и параметрами, что и полевой транзистор с управляющим р-п переходом. Существуют лишь некоторые количественные различия. Напряжение отсечки у МЕП-транзисторов на основе GaAs с каналом п -типа является отрицательным, но при малых толщинах канала мкм может быть и положительным. Как показывают расчеты и практика, напряжение отсечки лежит в пределах от -2,5 до +0,2В. Видно, что МЕП-транзисторы характеризуются малым напряжением отсечки в отличии от полевых транзисторов с управляющим р-п переходом, в которых значение напряжения отсечки может достигать 10-ки вольт. МЕП-транзисторы в настоящее время находит широкое применение для изготовления быстродействующих арсенид-галлиевых интегральных микросхем.

 

Контрольные вопросы

1. Как устроен полевой транзистор с управляющим р-п переходом?

2. Объяснить принцип действия и особенности работы полевого транзистора с управляющим р-п переходом.

3. Дать вывод расчетной вольтамперной характеристики полевого транзистора с управляющим р-п переходом.

4. Какие различия наблюдаются между расчетной и вольтамперной характеристикой реального полевого транзистора и почему?

5. Начертить и объяснить вид стоко-затворных характеристик полевого транзистора с управляющим р-п переходом.

6. Начертить и объяснить вид стоковых характеристик полевого транзистор с управляющим р-п переходом.

7. Дайте определения понятиям напряжения отсечки, граничным напряжению и току полевого транзистора с управляющим р-п переходом.

МДП–ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ