Исследование обедненного МОП-транзистора

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Измерить и построить стоковые характеристики обедненного МОПтранзистора;

2. По данным стоковых характеристик построить стоко-затворную характеристику при определенном напряжении U_ЗИ;

3. Определить крутизну транзистора S в заданном положении рабочей точки, соответствующей линейному участку;

4. Сделать выводы.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

У полевых транзисторов МОП-структуры электрод затвора отделен от полупроводникового канала изолирующим оксидным слоем. По этой причине данные транзисторы называют транзисторами с изолированным затвором. Такой транзистор управляется электрическим полем, созданным напряжением между затвором и полупроводником и это поле передается через слой оксида.

В зависимости от того, каким способом изменяется проводимость канала, МОП-транзисторы разделяются на два вида:

- обедненные МОП-транзисторы;

- обогащенные МОП-транзисторы.

Работа МОП-транзистора с обедненным слоем показана на рис. 6.1. На подложке p-типа созданы два сильнолегированных участка, обозначенных n+. Один из них служит истоком, другой – стоком. Между стоком и истоком имплантирован n- канал, в котором имеются подвижные электроны проводимости.

n- Канал обедненного МОП-транзистора обычно работает с положительным напряжением между стоком и истоком. Подложка, как правило, имеет внутреннее соединение с истоком. Напряжение между затвором и истоком U_ЗИ может быть положительным, нулевым и отрицательным. Это существенно отличает МОП-транзисторы от транзисторов с p-n переходом.

На рис. 6.1 изображен транзистор с отрицательным напряжением затвор-исток. Пусть U_ЗИ = 0 В. Если увеличивать напряжение сток-исток от нуля, ток стока будет увеличиваться линейно до тех пор, пока напряжение U_ЗИ меньше напряжения отсечки. При увеличении напряжения сток-исток выше напряжения отсечки ток стока будет увеличиваться незначительно, то есть, - будет слабо зависеть от напряжения сток-исток и статическая характеристика станет практически горизонтальной. Эта область также называется областью насыщения.

Когда напряжение на затворе по отношению к истоку будет отрицательным, электрическое поле будет индуцировать в канале положительные заряды. Поскольку некоторые электроны рекомбинируют с индуцированными положительными зарядами, и не участвуют в процессе электропроводности, то под оксидным слоем остается область обеднения. В результате канал становится уже, его сопротивление возрастает из-за потери части подвижных электронов и ток стока уменьшается. При более отрицательном напряжении затвор-исток область обеднения увеличивается, и, наконец, электроны проводимости полностью исчезают. В этом случае ток стока уменьшается до нуля.

Наименьшее отрицательное напряжение затвор-исток U_ЗИ, при котором в канале полностью отсутствуют подвижные носители, называется пороговым напряжением. В этом случае ток стока будет равен нулю при любых значениях напряжения сток-исток. При отрицательных напряжениях UЗИ стоковые характеристики аналогичны характеристикам n- канального полевого транзистора.

Рис. 6.1 Работа обедненного МОП-транзистора: а) при U_ЗИ < 0 В; б) при U_ЗИ = 0 В

Отсутствие p-n перехода между затвором и областью канала у МОП-транзистора допускает приложение положительного напряжения затвор-исток для обедненного n-МОП-транзистора. Положительное напряжение U_ЗИ создает поле, индуцирующее в канале больше подвижных носителей. Это повышает проводимость канала и увеличивает ток стока. Говорят, что при положительном напряжении затвор-исток транзистор работает в режиме обогащения. Следовательно, обедненный МОП-транзистор может работать и в режиме обогащения, и в режиме обеднения.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Для построения стоковых характеристик транзистора следует собрать схему, представленную на рис. 6.1. Результаты измерений следует занести в табл. 6.1.

2. По данным табл. 6.1 построить стоко-затворную характеристику при U_ЗИ = 6 В.

3. Вычислить значение крутизны транзистора S на линейном участке ее характеристики.

 

Рис. 6.1 Схема для снятия стоковых характеристик обедненного МОП-транзистора

 

Табл. 6.1 Данные для построения семейства стоковых характеристик
UЗИ = -0,5 В
UЗИ = 0 В
UЗИ = 0,5 В
UЗИ = 1 В
UЗИ = 1,5 В
UЗИ = 2 В
UКЭ, B	0,2	0,5	1	2	5	7	9	12

 

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Стоковые характеристики обедненного МОП-транзистора.

2. Стокозатворная характеристика, снятая при U_ЗИ = 6 В.

3. Рассчитанное значение крутизны транзистора.

4. Выводы по работе.

 

ВЫВОДЫ

1. Особенностью работы обедненного МОП-транзистора является его возможность находиться в обедненном и обогащенном режимах. Это позволяет подавать на его вход как положительное, так и отрицательное напряжение затвор-исток в усилительном режиме.

2. Возможность работы обедненного МОП-транзистора при отрицательном и положительном напряжениях позволяет использовать его для усиления на малых частотах без применения разделительного конденсатора.