![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Статические ВАХ МОПТ работающего в режиме обогащенияТрехмерный вид n-канального МОПТ представлен на рис.4.5.При нормальной работе МОПТ исток заземлен. Подложка обычно тоже заземляется, или на нее подается напряжение с полярностью противоположной полярности напряжения на затворе (на подложку n-канального транзистора подается отрицательное смещение). Будем считать, что исток и подложка заземлены. Если напряжение на стоке Электрическое поле Рисунок 4.4– Поперечное сечение МОП-структуры с полупроводником n-типа, плотности заряда и энергетические зонные диаграммы при различных величинах отрицательного смещения на металлическом электроде (затворе): a Рисунок 4.5– Трехмерный вид n-канального МОПТ. Несмотря на то, что величина этого тока относительно мала (порядка 1 нА при комнатной температуре и при напряжении на стоке более 100 мВ), он играет достаточно важную роль в работе транзистора: влияет на скорость переключения прибора, а также на величину мощности, рассеиваемой в ждущем режиме. В отличие от биполярного транзистора для МОПТ нет смысла рассматривать входную статическую характеристику, так как на его входе –подзатворный окисел. Как и в элекровакуумных приборах (триодах), в МОП транзисторах наряду с выходной анализирует передаточную (сток-затворную) характеристику На рис. 4.6приведены передаточные статические вольт-амперные характеристики n-канального МОПТ, работающего в режиме обогащения a) Рисунок 4.6. Передаточные статические вольт-амперные характеристики n-канального МОП транзистора,работающего в режиме обогащенияа - Ic = На характеристиках можно выявить два участка: I – подпороговый режим работы транзистора и II – надпороговый режим работы . На рис. 4.7 представлена выходная статическая характеристика МОП транзистора работающаего в режиме обогащения. При напричении на затворе больше порогового, а напряжения на стоке стоке При увеличении напряжения на стоке разность потенциалов между затвором и стоком уменьшается, а, следовательно, уменьшается толщина проводящего канала около стока. При дальнейшем увеличении Ucи обедненная область у стока еще больше расширяется, а толщина проводящего инверсного канала еще больше сужается. Это приводит к отклонению от линейности зависимости тока стока от напряжения
Рисунок 4.7– Выходные статические ВАХ МОПТ: 1 - линейная область (крутой участок); 2 - область вблизи насыщения; 3 - область насыщения (пологий участок); 4 - область пробоя. При дальнейшем увеличении Ucи точка отсечки "a" сдвигается к истоку (рис.4.7, область 3, рис.4.8, в). Перенос носителей заряда из точки отсечки канала в область стока происходит так же, как в обедненной области коллекторного р-n-перехода биполярного транзистора. В области насыщения величина тока стока
По этой же причине в области насыщения выходные характеристики будут иметь некоторый наклон к оси напряжения, определяя тем самым конечную величину дифференциального выходного сопротивления прибора. Для построения простой математической модели, описывающей рассмотренные характеристики в линейной области работы прибора, будем считать, что падение напряжения на элементе канала длиной dy
где Из соображения непрерывности тока величина Рисунок 4.8– Упрощенные схемы, отображающие физические явления при работе МОПТ в различных областях: а - линейная область; б - точка отсечки канала; в - область насыщения. Поэтому
Интегрируя равенство (4.21) по x от 0 до L и по U от нуля до
Плотность заряда проводящего слоя в режиме инверсии зависит от координаты точки наблюдения, измеряемой вдоль канала:
Если полагать, что ширина обедненного слоя xd при приложении определенной величины напряжения на затворе идеального МОП-конденсатора достаточно велика, то это напряжение складывается из
где
С учетом (4.24), вводя напряжение плоских зон
где Заряд обедненного слоя зависит от координаты
Полагаем, что заряд на единицу площади в области подложки, где сосредоточен пространственный заряд, не зависит от координаты y. Поэтому
Подставляя выражения (4.25) и (4.27) в формулу (4.22)(4.23), получим
Подставляя значение
Подставляя выражение (4.29) в формулу (4.22), получим
или
где к = Z Выражение(4.31) описывает вольт-амперную характеристику упрощенной модели транзистора, работающего в линейной области (на крутом участке характеристики). Как уже отмечалось, работа транзистора в области насыщения (в пологой области) начинается с момента отсечки проводящего инверсного канала около стока из-за роста величины напряжения на стоке. Если плотность заряда инверсного слоя при x = L на границе канал - подложка = 0, тоесть
Ток насыщения можно найти, подставив выражение (4.32) в (4.31):
или, с учетом того, что в пологой области
В системах моделей BSIM3-4 моделирование модуляций длины канала производится с помощью соотношений
|