МОП-транзисторы. 
Электроника и схемотехника

В отличие от полевых транзисторов с управляющим р-н-переходом в МОП-транзисторах электрод затвора изолирован от полупроводниковой области канала слоем диэлектрика, в качестве которого обычно используется оксид кремния SiO.,. Работа MOl 1-транзисторов основана на изменении удельного сопротивления полупроводника. Управление сопротивлением канала осуществляется путем изменения разности потенциалов между объемом полупроводника и затвором. При этом изменяется основной ток транзистора — ток между истоком и стоком. Существует четыре разновидности МОП-транзисторов, которые подразделяют следующим образом:

• • по проводимости канала — «-канальные и р-канальные;
• • по способу создания канала — с индуцированным каналом и со встроенным каналом.

В микросхемах более широко распространены МОП-транзисторы с индуцированным каналом «-типа. Это связано с тем, что при одинаковой конструкции «-канальные транзисторы (из-за большей подвижности электронов по сравнению с дырками) обладают лучшими характеристиками, чем р-канальные транзисторы. Поэтому в дальнейшем рассматриваются «-канальные МОП-транзисторы.

Свойства структуры металл — диэлектрик — полупроводник. Для более глубокого понимания принципа работы МОП-транзисторов рассмотрим явления, возникающие в полупроводнике р-типа структуры металл — диэлектрик — полупроводник (рис. 2.24) при воздействии на нее постоянного напряжения отрицательной и положительной полярности. Выделим три случая.

1. t/j < 0. При подведении к металлической пластине отрицательного напряжения (рис. 2.24, А, а) отрицательные заряды сосредоточиваются на поверхности металла, а положительные распределяются в поверхностном слое р-полупроводника. Электрическое

Рис. 2.24. Свойства МОП-структуры: образование обогащенного (Л), обедненного (Б) и инверсного (В) слоев.

поле Е, однородное в объеме диэлектрика, внутри полупроводника убывает до нуля по экспоненциальному закону (рис. 2.24, А, б). На рис. 2.24, А, в показано распределение потенциала вдоль структуры диэлектрик —полупроводник. Накопление положительного заряда в поверхностном слое полупроводника происходит за счет притягивания к нему основных носителей — дырок, а также за счет отталкивания неосновных носителей — электронов. При этом концентрация дырок возрастает по мере приближения к диэлектрику, а электронов — убывает до нуля (рис. 2.24, А, г). Если в поверхностном слое создается избыток основных носителей (в рассматриваемом случае — дырок), то говорят об образовании обогащенного слоя, проводимость которого увеличивается.

2. U₂ > 0. При подведении к металлической пластине небольшого положительного напряжения (рис. 2.24, Б, а) положительные заряды сосредоточиваются на поверхности металла, а отрицательные распределяются в поверхностном слое р-нолупроводника. При этом в поверхностном слое полупроводника индуцируется распределенный положительный заряд. Накопление отрицательного за-

ряда в приповерхностном слое происходит за счет притягивания к нему неосновных носителей заряда (электронов) и отталкивания основных носителей заряда (дырок). Уменьшение концентрации основных носителей приводит к снижению проводимости поверхностного слоя и образованию около поверхности так называемого обедненного слоя.

3. U₃ > U₂. При увеличении положительного напряжения U₃ (рис. 2.24, В, а) распределенный отрицательный заряд в поверхностном слое полупроводника продолжает расти за счет увеличения концентрации неосновных носителей (электронов) и уменьшения концентрации основных носителей (дырок). При определенном значении U₃ концентрация дырок может стать меньше концентрации неосновных носителей (электронов). При этом в поверхностном слое полупроводника происходит смена типа проводимости (рис. 2.24, В, г). В этом случае говорят об образовании инверсного слоя, удельная проводимость и толщина которого возрастают с увеличением положительного напряжения U₃. Удельная проводимость инверсного слоя в направлении х быстро убывает до величины, равной собственной проводимости кристалла. За инверсным слоем следует обедненный слой, удельная проводимость которого постепенно возрастает от собственной проводимости кристалла до проводимости полупроводника p-типа. Таким образом, возникший низкоомный инверсный слой, с одной стороны, ограничивается диэлектриком, а с другой — высокоомным слоем собственного полупроводника (слой, в котором р_р" п_р «п;). Обедненный слой, изолирующий дырочный инверсный слой от электронного полупроводника (подложки), можно рассматривать как запирающий слой р-и-нерехода, который возникает на границе двух полупроводниковых сред с различным типом проводимости.