 |
 |
 |
 |
вор, ИСТОК, СТОК И подложка. В большинстве случаев подложка МОП-транзистора объединяется внутри с истоком, так что о» выглядит как трехвыводной прибор. Однако при использовании МОП-транзисторов в составе ИС часто это невозможно, поскольку подложка является общей для всех МОП-транзисторов, расположенных на кристалле.
Разность напряжения между подложкой и истоком может воздействовать на общий заряд канала сток-исток и на пороговое напряжение транзистора. Однако напряжение подложка-исток Vbs обычно гораздо слабее влияет на проводимость канала, чем напряжение затвор-исток Vos- Это обусловлено значительно большей шириной обедненного слоя перехода подложка-канал по сравнению с толщиной подзатворного окисла. Относительное влияние напряжения подложки на общий заряд канала по сравнению с воздействием на него напряжения затвора пропорционально отношению емкости перехода подложка-канал Cj к емкости затвор-канал Сох- Влияние напряжения подложки на характеристики МОП-транзистора удобнее представить через сдвиг порогового напряжения AVt, которое является результатом изменения напряжения подложка-исток AVs-
Сдвиг порогового напряжения, вызванный изменением напряжения подложки, определяется выражением
KBs = -Vt/AVs = C,/Cox =
= (es,Ab/2 I + Ф \У%М, (Б.17)
где Nb - степень легирования подложки, а ф - контактная разность потенциалов перехода (--0,8 В). Для расчета нормированного коэффициента Квз примем Лд = 1 • 10" см, Vgs + ф =
= 1,0 В и 4 = 1000 А. Тогда получим
*:bs = [(1,602-10-1 Клх 1,04043-10-12 ф/см X X 10" см--)/2-1,0 В]/2/(3,8.10-" Ф/см/1-10-5 см) = 0,860. (Б. 18) В более общем виде выражение для Квз имеет вид Кв8 = 0,860(01000 А) [(УУв/101« см-з)(1,0 B/{Vb, + Ф)]" (Б. 19)
Теперь если принять = 800 к, Ng = I - iC см" и Vbs f Ф = = 10 В, то Квз = 0,0688. Итак, напряжение подложки может оказывать значительное влияние на характеристики МОП-транзистора, хотя оно гораздо слабее влияния на эти характеристики напряжения на затворе. Воздействие напряжения подложки на ток стока можно выразить через динамическую передаточную проводимость подложка-сток: gfi, = dlosldVss- Значение этой
передаточной проводимости можно получить из следующего соотношения!
gfb = dIns/dVss = (dlDs/dVt) (dVt/dVBs) - gfsKss. (Б.20)
Tjjfigfs - динамическая передаточная проводимость затвор-исток.
Одним из основных следствий эффекта подложки является часто возникающее значительное увеличение проводимости сток-исток МОП-транзистора, а это может привести к понижению коэффициента усиления по напряжению усилителя на МОП-транзисторах,
Рис. Б.6. Влияние эффекта подложки на динамическую
выходную проводимость.
В которых применяется активная нагрузка. Другим следствием является увеличение динамической проводимости схемы источника тока, в которой применяются МОП-транзисторы.
Чтобы оценить вклад эффекта подложки в динамическую выходную проводимость МОП-транзистора, рассмотрим схему на рис. Б.6. В этой схеме работающий в режиме обеднения п-канальный МОП-транзистор используется в качестве источника тока о = loss- Динамическая выходная проводимость определяется выражением
go = -dIo/dVo = i-dlo/dVos) (dVos/dVo) -
-(dIo/dVus)idVss/dVo) =
= - (gds • (-1)) - (ёЛз • (-1)) =
= gds + gfsKus = IdssIVa + 2/o sKbsI{~Vp). (Б.21)
Изменение Iq при изменении Vo на 1 В равно
(-1 о) {dloldVo) = 1/Va + 2Knsl{-Vj,). (Б.22)
Отметим, что в схеме на рис. Б.6 подложка МОП-транзистора не соединена с истоком, поэтому напряжение подложка-исток Vbs = -Vq. Это приводит к значительному увеличению выходной проводимости. Если бы конструкция позволяла объединить затвор и исток, то Vbs = О и выходная проводимость сократилась бы да go - = Idss/Va.
Б.5. Сравнительный анализ режимов работы битлярных ц полевых транзисторов. Интересно сравнить различные режимы ра. боты биполярных и полевых транзисторов.
У биполярного транзистора в режиме отсечки оба перехода (эмиттер-база и коллектор-база) закрываются и все транзисторные токи уменьшаются до нуля, текут лишь небольшие токи утечки рл-переходов. Этот режим соответствует области отсечки полевого транзистора с рл-переходом (или релсиму обеднения МОП-транзистора), в котором напряжение затвор-исток начинает превышать напряление отсечки, при этом полностью пропадает канал на всем протяжении между стоком и истоком. Таким образом, канал пропадает как со стороны стока, так и со стороны истока, а транзисторные токи уменьшаются до нуля, если не считать небольших токов утечки. В релсиме обогащения напряжение затвор-псток МОП-транзистора чуть ниже порогового значения, так что канал между областями стока и истока формируется, но он является непроводящим.
В активном режиме работы переход эмиттер-база биполярного транзистора открыт, а переход коллектор-база закрыт. В случае лр/г-транзистора это соответствует ситуации, когда эмиттер инжектирует электроны в область базы, после прохождения которой они поступают на коллектор. В этом режиме коллекторный ток относительно независим от напряжения на коллекторе, но экспоненциально зависит от напряжения база-эмиттер. В полевых транзисторах (и МОП, и с рп-переходом) это соответствует ситуации, когда канал формируется со стороны истока, но заканчивается на небольшом расстоянии от стока. Прн этом ток стока почти равен току насыщения, так что при увеличении напряжения на стоке ток стока будет увеличиваться очень медленно (однако он сильно зависит от напряженпя на затворе). По этой причине данный режим работы полевого транзистора часто называют режимом насыщения (не путать с режимом насыщения биполярного транзистора). Полевой транзистор работает в активном режиме (насыщение), когда напряжение сток-затвор таково, что канал еще не сформирован со стороны стока, но в то же время напряжение затвор-исток приводит к открытию канала со стороны истока.
Режим насыщения биполярного транзистора имеет место, когда оба перехода (и эмиттер-база, и коллектор-база) открыты. В этом режиме коллекторный ток сильно зависит от коллекторного напряжения и падение напряжения коллектор-эмиттер транзистора очень мало, обычно менее 0,2 В. В полевых транзисторах это соответствует режиму, когда канал полностью сформирован (или открыт) как со стороны истока, так и со стороны стока, а результирующий ток стока сильно зависит от напряжения стока. Такой режим работы полевого транзистора часто называют «триодным» или «ненасыщенным» режимом. При неболь-
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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 [ 189 ] 190 191 192 193