2014-02-02
516
Соотношение между напряжениями и токами в МДП транзисторе определяют с помощью выходных и передаточных характеристик (см. рис.)
а) выходные характеристики;
б) передаточные характеристики.
На выходные ВАХ существенное влияние оказывает изменение в структуре канала, возникающее в прохождения тока. Если напряжение на истоке 
, то поле в диэлектрике однородное, и толщина канала h будет одинакова на всей длине канала l.
А–точка отсечки
а) в линейном режиме (малое напряжение на стоке);
б) в начале насыщения (отсечка канала) на границе со стоком т. А;
в) в режиме насыщения.
Если напряжение 
и не слишком велико, то канал представляет себя как обычное сопротивление, эта область на выходных ВАХ называется линейной областью работы транзистора, и на практике используется в качестве резистора с линейноизменяющейся характеристикой. С увеличением напряжения 
будут возрастать 
и потенциал поверхности полупроводника, в направлении от истока к стоку, поэтому разность потенциалов между затвором и поверхность полупроводника будет уменьшаться к направлению стока см. рис. б), в).
|
|
|
Соответственно уменьшается напряженность электрического поля в диэлектрике и удельный заряд свободных электронов в канале между истоком и стоком. В результате сечение канала сужается по направлению к стоку. По достижению напряжения насыщения в точке 
становятся равными нулю:
1) разность потенциалов между затвором и поверхностью полупроводника;
2) напряженность электрического поля в диэлектрике;
3) удельный заряд свободных электронов.
Именно по этому толщина канала h становится равной нулю в т А. Эти условия соответствуют началу режима отсечки канала. Для этого случая величину напряжения насыщения определяют из равенства:
(1)
при выполнении неравенства 
точка отсечки А сдвигается к истоку, происходит укорочение канала на величину 
, при этом обедненный слой обратносмещенного p-n перехода (сток-подложка) выходит на поверхность полупроводника на участке 
, потенциал в точке 
сохраняет значение 
, которое было в точке насыщения. После отсечки канала ток стока практически перестает зависеть от потенциала стока, эта область выходных ВАХ называется областью насыщения тока стока. Насыщение тока стока можно объяснить тем, что в точке на острие канала концентрируется электрическое поле напряженностью больше некоторого значения 
. В результате этого наступает режим насыщения скорости дрейфа свободных электронов, инжектированных из острия канала в слой объемного заряда поверхности полупроводника. Для этих условий ток через канал можно описать равенством:
|
|
|
при выполнении равенств: 
ток 
перестает зависеть от напряжения.
Аналитическое выражение для выходных ВАХ в первом приближении можно записать в виде равенства:
Величина 
называется удельной крутизной МДП транзистора
– удельная емкость МДП транзистора.
Выражение (2) определяет ток стока при выполнении условия: 
, т. е. только на начальных крутых участках выходных ВАХ. В случае если выполняется неравенство 
, ток стока практически не изменяется при изменении 
. Тогда подставив (1) в (2) получим выражение для выходных ВАХ в области насыщения:
(3)
где 
– емкость подзатворного диэлектрического слоя.
