Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 [ 48 ] 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

с опытными данными. В качестве аппроксимации для (7-28) можно использовать соотношение [238]:

1, мВ/град = г,-2,511/о5-1/Н, В, (7-29)

где Vt определяется экстраполяцией зависимости {lolgm) (Vgs) к (/г/то)=0, а т] = 2--6- константа, зависящая от концентрации-примесей в подложке.

мВ/град


Рис. 75. Теоретическая (сплошная линия) и экспериментальные зависимости

d\Voa\idT от Vgs

1,2 - 2N3608 (р-канал); 3 - 2N3631 (п-канал) Опытные данные получены при V\ =10Б. Верхняя ось абсцисс соответствует теоретической кривой и транзистору 2N363I, нижняя - транзистору 2N3608

В области до насыщения, как следует из (7-18), температурный коэффициент проводимости канала при малых Vds равен

1 S\n

gds dT

Vos-Vt дТ

(7-30)

Прямые измерения dVr/dT, проведенные в [239, 240], хорошо согласуются с расчетом, выполненным в "предположении Qss =

=const(г;.



Авторы [242] обнаружили, что при очень низких температурах (<50К) величина dVr/dT имеет аномально высокие значения (?«300 мВ/град). Для объяснения этого явления предложена модель поверхностных ловушек, энергетические уровни которых зависят от поля затвора.

7.5. Электрический пробой

На рис. 76 приведены типичные, стоковые характеристики МОП-транзисторов, иллюстрирующие явление пробоя в стоковой цепи. Как показано в [54, 243], существуют два основных механизма, вызывающие быстрое возрастание тока при больших Vcs: лавинное размножение носителей, в канале за


Рис. 76. Характеристики пробоя типичного МОП-ПТ со встроенным каналом

я-типа

счет ударг.ой ионизации и пробой перехода сток-подложка.- Первый механизм, имеющий место, когда прибор находится в проводящем состоянии (Vgs>Vt), ответствен за плавное нарастание тока («мягкий» пробой, кривые для Vgs=-2--4-2 В, р,ис. 76). Если прибор находится в запертом состоянии (VGs<Vr), наблюдается резкий пробой, определяемый вторым механизмом, причем пробивное напряжение Vb зависит от потенциала затвора (рис. 76, кривые для Vg8==-Z-.--8 В). Зависимость Vb от Vgb обусловлена влиянием потенциала затвора на напряженность поля в ОПЗ перехода сток - подложка вблизи его выхода на поверхность полупроводника [244].

Если длина канала мала, а подложка легирована слабо, граница ОПЗ перехода сток-подложка достигает истока, из-за чего возникает пробой сток-



ИСТ01С («прокол»), в котором ток ограничен объемным зарядом. Этот эффект экспериментально исследован в [235].

Важной разновидностью пробоя, который особо следует учитывать на практике, является пробой окисла затвора, приводящий к выходу прибора из строя. Малая емкость затвора в сочетании с высоким сопротивлением изоляции создают опасность пробоя

окисла за счет электростатического заряда, который может накопиться на затворе при неправильном обращении с прибором. При толщине окисла 0,1 мкм, пробивной напряженности поля 5-10" В/см и емкости затвора 2 пФ для пробоя доЬтаточен заряд 10-" Кл. Подробный анализ процессов, происходящих при пробое диэлектрика затвора, дан в [245].

На рис. 77 представлено несколько схем, обеспечивающих защиту полевых транзисторов от пробоя. затвора. В каждой из них параллельно затвору защищаемого транзистора подключается элемент с обратимой характеристикой пробоя и величиной пробивного напряжения Vb, меньшей предельно допустимого напряжения на затворе. Использование самого простого варианта - с применением опорного диода (рис. 77,й)-затруднено при малой концентрации примесей в подложке, когда величина Vb может оказаться слишком высокой. В этих случаях для защиты можно использовать участок стоковой характеристики дополнительного МОП-транзистора, соответствующий пробою перехода сток - подложка (рис. 77,6), или «прокол» между близко расположенными областями р-типа (рис. 77, в) [246]. ,

- Затвор

тиз-шт

Защищаемый МОП-ПТ

(in 43 Щ]

п Защищаемый

МОП-ПТ

Защищаемый МОП-ПТ

Рис. 77. Три схемы защиты от пробоя затвора

Глава 8

ЗАРЯДОВЫЕ, ЕМКОСТНЫЕ И ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА МОП-ТРАНЗИСТОРОВ

8.1. Зарядовые характеристики активной области {9, 218, 247]

Заряд активной области МОП-транзистора складывается из зарядов затвора Qg, инверсионного слоя канала Qn, обедненной области подложки Qb и эквивалентного поверхностного заряда Qss, сумма которых, в соответствии с условием нейтральности, равна нулю. Полный заряд затвора Qg определяется как

QG = z]Qy,





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 [ 48 ] 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99