Устройство и принцип действия МОП-транзистора

В кристалле полупроводника с высоким удельным сопротивлением (подложка) созданы две сильно легированные области с противоположным типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды – исток и сток. Расстояние между сильно легированными областями может составлять десятые и сотые доли микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким (порядка 0, 01 мкм) слоем диэлектрика (обычно - окисел кремния SiO₂, выращенный путем высокотемпературного окисления). На слой диэлектрика нанесен металлический управляющий электрод – затвор. В данной работе рассматриваются полевые транзисторы с индуцированным каналом, образующимся в режиме инверсии. Это означает, что канал проводимости между областями истока и стока в обычном состоянии (напряжение между затвором и истоком равно нулю) отсутствует (рисунок 2).

Транзисторы могут изготавливаться на кремнии как p -типа, так и на кремнии n -типа. Для структур, изготовленных на кремнии p -типа и имеющих n -канал,

для сбора носителей заряда на сток подаётся положительное напряжение относительно истока (рисунок 2, а). Если же структуры изготовлены на кремнии n -типа и имеют p -канал, на сток подаётся отрицательное напряжение относительно истока (рисунок 2, б).

Условные обозначения транзисторов с индуцированным каналом приведены на рисунке 3.

Вольт-амперные характеристики МОП-транзистора с индуцированным n -каналом представлены на рисунке 4. Здесь же показаны явления, происходящие в канале при различных напряжениях на стоке транзистора.

		б))
	а))

В рабочем режиме при протекании по каналу тока напряжение затвора напряжение на затворе для различных участков канала оказывается неодинаковым. Оно изменяется от U_ЗИ вблизи истока до U_ЗИ - U_СИ вблизи стока. Следовательно, толщина канала и его удельная проводимость уменьшаются от истока к стоку. Соответственно уменьшается и общая проводимость канала.

При малых напряжениях U_СИ эти изменения незначительны (рисунок 4, б-1). При напряжении сток-исток U_СИ = U_ЗИ - U_{ЗИ пор} напряжение между затвором и участком канала, примыкающим к стоку, становится равным пороговому напряжению, и инверсная область здесь исчезает. Соответственно, инверсный канал смыкается. В точке смыкания обедненный слой р -слой касается изолирующего подзатворного слоя окисла SiO₂. Это вызывает не прекращение тока, а ограничение его величины (насыщение). Объясняется это тем, что электроны канала, являясь неосновными носителями для обедненного p -слоя, свободно проходят через обратно смещенный n ⁺ p -переход сток-подложка (рисунок 4, б-2). При дальнейшем увеличении напряжения на стоке точка смыкания канала все более отодвигается от стока (рисунок 4, б-3). Ширина же обедненной области пространственного заряда вблизи стока возрастает.