Теоретичні відомості

В бібліотеці EWB представлені двома моделями: n-канальними та p-канальними (Рис3.1).

Рис.3.1 Польові n-канальні (а) та p-канальні (б) транзистори з керованим p-n – переходом і схема для дослідження ВАХ(в)

Тут 1 – затвор (gate) – керуючий електрод; 2 – витік(sourse) – електрод, від якого починають рух основні носії заряду (електрони чи дірки); 3 – стік (drain) – електрод, що приймає ці носії.

б) з індукованим (зовнішнім полем) каналом інверсного типу.

До числа основних параметрів польових транзисторів, які задаються в базі EWB входять наступні:

Рис.3.2. Вікно встановлення параметрів польових транзисторів з керуючим p-n переходом

1) [VTO] – Threshold voltage – напруга між затвором та витоком;

2) [Beta] – Transconductance coefficient – коефіцієнт пропорційності;

3) [Lambda] – Channel – length modulation – параметр модуляції довжини каналу;

4) [RD] – Drain ohmic resistance – об’ємний опір області стоку;

5) [RS] – Source ohmic resistance – об’ємний опір витоку;

6) [IS] – Gate – junction saturation current – струм насичення p-n-переходу;

7) [CGD] – Zero – bias gate - drain junction capacitance – ємність між затвором і стоком при нульовому зміщені Ф;

8) [CGS] - Zero – bias gate - source junction capacitance - ємність між затвором і витоком при нульовому зміщені Ф;

9) [PB] – Gate – junction potential – контактна різниця потенціалів p-n-переходу.

По аналогії з біполярним транзистором в Electronics Workbench розрізняють три схеми включення польових транзисторів: зі спільним затвором (СЗ), спільним витоком (СВ) та спільним стоком (СС).

Для дослідження сімейства вихідних ВАХ польового транзистора в схемі з СВ використовується схема на рис.3.1. Вона містить джерело напруги затвор-витік Еg, досліджуваний транзистор VT, джерело живлення Ucc, вольтметр Ud для контролю напруги стік-витік і амперметр U2 для вимірювання струму стоку. Вихідна ВАХ знімається при фіксованому значенні Ug шляхом зміни напруги Ud та вимірювання струму стоку Id. Напруга Ug, при якому струм Id має близьке до нуля значення називається, як було вказано вище, напругою відсічки. Використовуючи набір характеристик , можна визначити крутизну , що є основною характеристикою, що характеризує підсилювальні властивості транзистора.

МДН – транзистори. Це транзистори з при поверхневим каналом та структурою метал-діелектрик-напівпровідник. Якщо діелектриком є двоокис кремнію SiO₂, використовується назва МОН.

МДН - транзистори мають чотири виводи:

1. стік – від нього починають рух в каналі носії заряду;

2. витік – до нього рухаються в каналі носії заряду;

3. затвор – потенціал, на якому за допомогою електричного поля керують товщиною каналу;

4. підкладка – напівпровідниковий кремнієвий кристал, в об’ємі якого на малій відстані один від одного методом дифузії зроблено дві області з провідністю, протилежною провідності підкладки – це області стоку та витоку.

В бібліотеці компонент програми EWB МДН – транзистори представлені структурами з вбудованим каналом (рис.3.3,а) та індукованим каналом (рис.3.3,б), де цифрою «4» позначена підкладка, решта позначень аналогічні рис.3.1. Кожен тип транзистора представлений в двох варіантах: з окремим виводом підкладки і спільним виводом підкладки та витоку.

а) б)

Рис.3.3 МДН транзистори з вбудованим (а) та індукованим (б) затвором

В діалоговому вікні встановлення параметрів МДН – транзисторів містяться додаткові ( в порівнянні з раніше перерахованими) параметри, призначення яких полягає в наступному:

1. [PHI] – Surface potential (поверхневий потенціал);

2. [GAMMA] – Bulk-threshold parameter (коефіцієнт впливу потенціалу підкладки на порогову напругу, В^1/2 );

3. [CGB] – Gate-bulk capacitance (ємність між затвором та підкладкою);

4. [CBD] – Zero-bias bulk-drain junction capacitance (ємність переходу стік підкладка при нульовому зміщені);

5. [CBS] -Zero-bias bulk-source junction capacitance (ємність переходу витік-підкладка при нульовому зміщені);

6. [PB] – Bulk-junction potential (напруга інверсії при поверхневого шару підкладки).

Рис.3.4 Діалогове вікно установки параметрів МДН-транзисторів

Крім того, для МДН – транзисторів в програмі EWB введені додаткові параметри, які розміщуються в діалоговому вікні з трьома закладками. До них відносяться:

LD – довжина області бокової дифузії (м);

RSH – питомий опір дифузійних областей витоку і стоку (Ом);

JS – густина струму насичення переходу стік (витік) – підкладка (А/м²);

CJ - питома ємність p-n-переходу стік (витік) – підкладка при нульовому зміщенні (Ф/м²);

CJSW – питома ємність бокової поверхні переходу стік (витік) – підкладка (Ф/м);

MJ – коефіцієнт плавності переходу стік (витік) – підкладка;

CGSO – питома ємність перекриття затвор – витік (Ф/м);

CGDO – питома ємність перекриття затвор – стік на довжину каналу (Ф/м);

CGBO – питома ємність перекриття затвор – підкладка (внаслідок виходу області затвору за межі каналу) (Ф/м);

NSUB – рівень легування підкладки (см^-3);

NSS – густина повільних поверхневих станів на границі кремній – під затворний оксид (см^-2);

TOX – товщина оксиду (м);

TPG – легування затвору; +1 – домішкою того ж типу, як і для підкладки;-1 – домішкою протилежного типу; 0 – металом;

UO – рухливість носіїв струму в інверсному каналі (см²/В*с);

FC – коефіцієнт не лінійності бар’єрної ємності прямо зміщеного переходу підкладки.

Для дослідження характеристик МДН транзисторів використовується схема на рис. 3.5.

Рис.3.5 Схема для дослідження характеристик МДН – транзисторів

За допомогою цієї схеми отримують сімейство вихідних характеристик МДН – транзисторів при фіксованих значеннях напруги на затворі Eg або підкладці Eb. Використовуючи ці характеристики можна визначити крутизну транзистора S при керуванні зі сторони затвору, а також крутизну при керуванні зі сторони підкладки , статичний коефіцієнт підсилення , вихідний диференціальний опір та інші параметри.