Статические характеристики.

Соотношение между напряжениями и токами в МДП транзисторе определяют с помощью выходных и передаточных характеристик (см. рис.)

а) выходные характеристики;

б) передаточные характеристики.

На выходные ВАХ существенное влияние оказывает изменение в структуре канала, возникающее в прохождения тока. Если напряжение на истоке , то поле в диэлектрике однородное, и толщина канала h будет одинакова на всей длине канала l.

А–точка отсечки

а) в линейном режиме (малое напряжение на стоке);

б) в начале насыщения (отсечка канала) на границе со стоком т. А;

в) в режиме насыщения.

Если напряжение и не слишком велико, то канал представляет себя как обычное сопротивление, эта область на выходных ВАХ называется линейной областью работы транзистора, и на практике используется в качестве резистора с линейноизменяющейся характеристикой. С увеличением напряжения будут возрастать и потенциал поверхности полупроводника, в направлении от истока к стоку, поэтому разность потенциалов между затвором и поверхность полупроводника будет уменьшаться к направлению стока см. рис. б), в).

Соответственно уменьшается напряженность электрического поля в диэлектрике и удельный заряд свободных электронов в канале между истоком и стоком. В результате сечение канала сужается по направлению к стоку. По достижению напряжения насыщения в точке становятся равными нулю:

разность потенциалов между затвором и поверхностью полупроводника;

напряженность электрического поля в диэлектрике;

удельный заряд свободных электронов.

Именно по этому толщина канала h становится равной нулю в т А. Эти условия соответствуют началу режима отсечки канала. Для этого случая величину напряжения насыщения определяют из равенства:

(1)

при выполнении неравенства точка отсечки А сдвигается к истоку, происходит укорочение канала на величину , при этом обедненный слой обратносмещенного p-n перехода (сток-подложка) выходит на поверхность полупроводника на участке , потенциал в точке сохраняет значение , которое было в точке насыщения. После отсечки канала ток стока практически перестает зависеть от потенциала стока, эта область выходных ВАХ называется областью насыщения тока стока. Насыщение тока стока можно объяснить тем, что в точке на острие канала концентрируется электрическое поле напряженностью больше некоторого значения . В результате этого наступает режим насыщения скорости дрейфа свободных электронов, инжектированных из острия канала в слой объемного заряда поверхности полупроводника. Для этих условий ток через канал можно описать равенством:

при выполнении равенств:

ток перестает зависеть от напряжения.

Аналитическое выражение для выходных ВАХ в первом приближении можно записать в виде равенства:

Величина называется удельной крутизной МДП транзистора

– удельная емкость МДП транзистора.

Выражение (2) определяет ток стока при выполнении условия: , т. е. только на начальных крутых участках выходных ВАХ. В случае если выполняется неравенство , ток стока практически не изменяется при изменении . Тогда подставив (1) в (2) получим выражение для выходных ВАХ в области насыщения:

(3)

где – емкость подзатворного диэлектрического слоя.