Ответы по Силовым полупроводниковым устройствам автоматики - файл n31.doc

приобрести
Ответы по Силовым полупроводниковым устройствам автоматики
скачать (4067 kb.)
Доступные файлы (83):
n1.jpg661kb.27.05.2011 03:27скачать
n2.jpg512kb.27.05.2011 03:27скачать
n3.doc183kb.02.06.2011 14:58скачать
n4.bmp
n5.bmp
n6.bmp
n7.db
n8.bmp
11.12.13.doc153kb.04.05.2010 15:18скачать
n10.jpg20kb.23.04.2010 21:04скачать
n11.err
n12.bak
n13.dwg
n14.dwg
n15.doc91kb.04.05.2010 09:26скачать
~WRL3225.tmp
n18.doc82kb.12.04.2010 19:12скачать
n19.doc164kb.04.05.2010 16:48скачать
n20.bmp
n21.bmp
n22.bmp
n23.bmp
n24.db
n25.doc113kb.04.05.2010 16:48скачать
n26.bmp
n27.bmp
n28.bmp
n29.doc93kb.01.04.2010 18:48скачать
n30.doc231kb.16.04.2010 14:25скачать
n31.doc169kb.19.04.2010 17:13скачать
n32.doc98kb.04.05.2010 16:51скачать
n33.doc52kb.19.04.2010 17:18скачать
22.1.bmp
n35.doc78kb.05.04.2010 17:20скачать
n36.gif13kb.30.03.2010 22:17скачать
n37.gif6kb.30.03.2010 22:17скачать
n38.gif57kb.30.03.2010 22:34скачать
n39.db
n40.doc95kb.22.04.2010 20:50скачать
n41.doc466kb.21.04.2010 19:31скачать
n42.doc142kb.05.04.2010 19:47скачать
n43.doc168kb.28.04.2010 23:06скачать
n44.doc73kb.04.05.2010 09:32скачать
n45.doc143kb.30.04.2010 19:15скачать
n46.doc154kb.31.03.2010 21:24скачать
n47.doc111kb.19.04.2010 17:14скачать
3.1.bmp
n49.bmp
n50.db
n51.doc76kb.04.05.2010 16:34скачать
n52.doc230kb.21.03.2010 18:53скачать
4.1..bmp
n54.db
n55.doc62kb.24.03.2010 21:09скачать
n56.bmp
n57.bmp
n58.bmp
n59.doc201kb.21.03.2010 11:27скачать
n60.bak
n61.dwg
n62.dxf
n63.sch
n64.bak
n65.dwg
n66.bak
n67.dwg
n68.bmp
n69.bmp
n70.bmp
n71.bmp
n72.bmp
n73.bmp
n74.bmp
n75.bmp
n76.doc200kb.04.05.2010 14:02скачать
n77.bmp
n78.bmp
n79.bmp
7.2.bmp
7.3.bmp
n82.db
n83.bmp
8.9.10.doc545kb.22.04.2010 22:30скачать

n31.doc

Лекция №2

Силовые полевые транзисторы MOSFET, область их применения, преимущества перед биполярными транзисторами, характеристики.
Мощные полевые транзисторы

Существуют значительные различия между параметрами, конструкцией и техноло­гией изготовления маломощных полевых транзисторов. Маломощные полевые транзисторы с изолированным затвором Рисунок 2.1 покатывает полевой транзистор (MOSFET — Metal — Oxide — Semi­conductor — Field — EfFect — Transistor) с горизонтальной геометрией. Термин «горизонтальный» (в противоположность вертикальному) отражает направление тока в канале между стоком (С) и истоком (И). Обе области — сток и исток — выполне­ны на основе сильно легированного кремния n-типа (), а подложка выполнена из относительно слаболегированного р-кремния. Затвор (3) представляет собой про­водящую пластину, обычно выполняемую из поликремния, а в первых типах при­боров она выполнялась из металла. Затвор электрически отделен от остального устройства оксидным изолятором (Si). Структура устройства показывает, что ток между выводами стока и «стока не может проходить, поскольку они изолированы друг от друга двумя встречно включенными диодами. Это как раз тот случай, когда транзистор выключен, при этом он может выдерживать напряжение между стоком

и истоком в любом порядке: а ООЗ удерживающая приложенное напряжение, расширяется главным образом в р-область.

Предположим, что сток и исток находятся под нулевым потенциалом, а поло­жительное напряжение по отношению к истоку создано на затворе. Тогда в оксид­ном слое появляется электрическое поле, перпендикулярное плоскости затвора. Это поле создаст положительный заряд, размещающийся на электроде затвора, и отрицательный заряд внутри р - области кремния. При ннзких напряжениях на зат­воре отрицательный заряд создается неподвижными акцепторными ионами, кото­рые становятся заряженными при уходе дырок от поверхности SiO;. Таким обра­зом, ООЗ растет в кремнии от поверхности Si02.

Вследствие электрическою поля в ООЗ потенциал в кремнии под оксидом выше, чем потенциал в нейтральной р - области. Поскольку кремний находится в терми­ческом равновесии, соотношения между концентрацией носителей и потенциалом поля сохраняются:
и

где х — расстояние от - области истоки в направлении стока; — потенциал поля. Следовательно, хотя концентрация дырок уменьшается с увеличением потенциала, поскольку показатель экспоненты имеет отрицательный знак, концентра­ция электронов растет. Когда потенциал становится достаточно большим, то есть когда напряжение повышается, электронов становится заметно больше, чем дырок, и тонкий слой n - кремния, называемый каналом, создастся как раз под слоем окисла.



рис.2.1



Когда это происходит, (дальше не существует перехода между стоком и истоком. Теперь появляется структура, действующая как резистор и позволяющая проходить току. Поскольку концентрация электронов под Si02, еще мала, сопротив­ление этого резистора достаточно велико.

По мере дальнейшего повышения напряжения на затворе продолжает расти кон­центрация электронов в n - слое под SiO. Когда,- концентрация электронов достигает начальной концентрации NA, происходит и вменение (инверсии) проводимости.

Начиная с этого значения напряжения, приложенного между затвором и истоком называемого пороговым (), сопротивление капала n - тппа быстро снижает­ся при повышении напряжения на затворе. При > концентрация электро­нов под SiO, становится значительно больше, чем NA.

MOSFET, показан на рис. 2.1, является n - канальным транзистором, рабо­тающим в режиме усиления. Термин «режим усиления» отражает факт усиления проводимости канала под действием приложенного напряжения.

В р - канальном MOSFET напряжение на затворе должно быть отрицательным по отношению к истоку, для того чтобы устройство могло проводить ток.

При предыдущем рассмотрении полагалось, что напряжение сток-исток ((/си) нулевое или оно пренебрежимо мало по сравнению с . Такое допущение приво­дит к тому, что распределение oотрицательного заряда, в канале не зависит от х. Полагая, что ток идет от стока к истоку, получаем, что напряжение на стороне стока канала должно быть выше, чем па стороне истока. По этой причине электри­ческое поле в Si02, будет слабее на стороне стока. Поэтому в данном случае прово­димость канала изменяется с изменением х. Для Uси < ( ) ток стока опре­деляется значениями Uси и :



где — емкость SiO, на единицу площади; L - длина канала; Z— протяженность канала в направлении оси z. Если Uси < ( ) приближенно можно считать, что ток стока должен расти пропорционально напряжению сток-исток.

При сделанном допущении запишем проводимость :


При любом напряжении на затворе ток стока пропорционален напряжению сток-исток, поэтому данная область работы может быть названа линейной областью.

Когда напряжение Uси достигает значения, при котором напряжение на сто­роне SiO;, близкой к стоку, снижается до , то есть когда выполняется равен­ство Uси = ( ), плотность электроном на этом конце канала падает до нуля. Другими словами область канала в близи стока теперь не инвертирована. Дальней­шее увеличение Uси поглощается ООЗ, которая растет между неинвертированной областью и стоком. Длина ООЗ все-таки очень мала по сравнению с расстоянием между диффузионными областями стока и истока. Поэтому длина канала остается равной L независимо от Uси. Концентрация электронов в канале и напряжение в канале от одного его конца до другого ( ) не зависит от Uси. Когда Uси превышает ( ), ток, проходящий через канал, не зависит от напряжения сток-исток и определяется соотношением:



Этот режим работы транзистора называется режимом насыщения. Ток стока зависит от напряжения на затворе, а не от тока в управляющем электроде, как было в биполярном транзисторе.
Сопротивление транзистора MOSFET во включенном состоянии

По мере прохождения тока через протяженную область стока линии тока стягива­ются в область между р - областями, которую принято называть шейной областью (neck region).

Далее ток должен втягиваться в каналы, образуемые в р - областях на каждой стороне шейной области. Такое втягивание тока в результате должно было бы привести к большому сопротивлению, поскольку ток должен идти через постепенно уменьшающееся сечение n - области, чтобы достичь входа в канал. Но как раз область, непосредственно находящаяся под окислом затвора и между р - об­ластями, имеет очень высокую концентрацию подвижных электронов, что при­водит к намного большей проводимости этого участка по сравнению с осталь­ной n - областью. Ток стока между р -областями стремится, следовательно, снача­ла идти вверх в слой высокой проводимости и только затем проходит горизонтально в канал.

Общее сопротивление сток-исток MOSFET () включает в себя четыре со­ставляющие:

1) сопротивление слоя стока, включающее сопротивления и основной части n - области;

2) сопротивление шейной области;

3) сопротивление области, находящейся пепосредственно под оксидным слоем затвора;

4) сопротивление канала.

Вся область стока и его шейная область, легированы слабо, поэтому в транзи­сторах с напряжением сток-исток 400 В и выше первые две составляющие сопро­тивления обычно намного больше, чем третья и четвертая. Если же транзис­тор низковольтный, основная доля общего сопротивления — сопротивление канала.
Динамические свойства

Вследствие того, что MOSFET — это транзистор, работающий на основных носите­лях, в нем не накапливаются избыточные носители, которые определяют динамику биполярного транзисюра. Динамики MOSFET определяется только окисным сло­ем затвора и емкостями ООЗ, а также сопротивлениями, которые ограничивают возможности заряда и разряда этих емкостей. Между затворам и истоком находятся две емкости, включенные параллельно, образующие Сзи. Одна из них появляется в результате металлизации истока, на­крывающего поликремниевый затвор, но изолированною от него оксидным слоем . Часть этой емкости появляется также в результате перекрытия ноликремния и диффузионного слоя истока . Поэтому данная емкость оксидная, и ее значение не зависит от напряжения на ней. Вторая емкость, образующая Сзи это емкость между затвором и р-областью канала . Вторая составляющая емкос­ти Сзи — функция напряжения на затворе. Когда < , с ростом напряжения на затворе эта емкость уменьшается, но превосходит емкость . Когда же на­пряжение на затворе превышает пороговое, емкость затвора определяется первой составляющей — оксидной, не зависящей от напряжения.

Между стоком и истоком существует емкость слоя пространственного заряда (ООЗ) Сси. Ее значение изменяется обратно пропорционально корню квадратному из напряжения Сси.


РнС. 2.2. Схематичное изображение внутренних емкостей MOSFET с вертикальной структурой.

Силовые полевые транзисторы MOSFET , область их применения, преимущества перед биполярными транзисторами, характеристики
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации