Мустақил Иши Мавзу: мдя транзисторлар асосидаги базавий мантиқий елементлар

МДЯ-транзисторлар тузулиши ва ишлаш тамойили

3-расм.
Яримўтказгич асосида тайёрланган н-каналли МДЯ-транзисторнинг реал структураси 3-расмда кўрсатилган. Майдон еффектини ҳосил қилувчи метел електродни затвор (Z) деб аташади. Қолган иккита електродларни исток (I) ва сток (S) деб аташади. Каналнинг ишчи ташувчилари (мос келувчи кучланиш қутубларида) келадиган електрод стокдир. Aгарда канал н-турда бўлса, ишчи ташувчилар – електронлар ва сток қутуби мусбат бўлади. Истокни одатда таглик (T) деб аталувчи асосий яримўтказгич пластинасига улашади.

Ишлаш принсипи. Сиртнинг мувозанатли потенсиали нолга тенг ( _S0  0 ) бўлган идеал ҳолатда n-каналли МДЯ-транзистор қуйидагича ишлайди. Затвор исток билан уланган бўлсин, яъни U_ZI  0. Бу ҳолатда канал мавжуд бўлмайди ва сток ҳамда исток орасидаги йўлда иккита қарама қарши уланган p-n⁺-ўтиш бўлади. Шунинг учун U_sI кучланиши берилганда сток занжиридаги ток жуда кичик бўлади.
Aгарда затворга манфий кучланиш берилса, сирт олди қатлами коваклар билан бойитилади; бунда ишчи занжирда ток кам ўзгаради. Aгарда затворга янада катта мусбат силжиш U_ZI  0 берилса, дастлаб камбағаллашган қатлам (аксепторларнинг ҳажмий заряди) ҳосил бўлади. Сўнгра електронларнинг инверсион қатлами ҳосил бўлади, яъни ўтказувчи канал. Шундан сўнг сток токи якуний қийматга ега бўлади ва затвордаги кучланишга боғлиқ бўлади. Бу МДЯ-транзисторнинг режимидир. Кириш токи (затвор занжирида) кам бўлганлиги учун қувват бўйича кучайтириш бўлади.
Мувозанат ҳолатда мавжуд бўлмаган ва ташқи кучланиш таъсирида ҳосил бўлувчи каналлар индуксион (ҳосил бўладиган) дейилади. Ҳосил бўлган каналнинг қалинлиги (1-2 нм) деярли ўзгармасдир. Шунинг учун канал ўтказувчанлигининг модулясияси ташувчилар консентрасиясининг ўзгариши туфайлидир. Канал ҳосил бўлишига олиб келувчи затвордаги кучланишни остонавий кучланиш деб аташади ва U₀ билан белгиланади. Каналнинг узунлиги L исток ва сток қатламлари орасидаги масофага тенг бўлса, кенлиги Z – мазкур қатламларнинг кенглигига тенгдир.
Aгарда n-турдаги таглик танланса, исток ва сток қатламларини p⁺-турда қилинса, p-каналли ҳосил бўлинадиган МДЯ-транзистор ҳосил бўлади. Унга тескари қутубдаги остонавий ва ишчи кучланиш характерлидир:
U₀  0, U_ZI  0, U_SI  0.
МДЯ-транзистор тагликларини, канални ҳосил бўлишини осонлаштириш ва исток ҳамда сток ўтишларнинг тешилиш кучланишини ошириш мақсадида юқори солиштирма қаршиликка ега бўлган материалдан тайёрлашади.
МДЯ-транзисторларнинг ишлаш механизми ва хоссалари бир ҳилдир. Бироқ айрим фарқ мавжуддир. Биринчидан, n-каналли транзисторларнинг ишчи ташувчилари – електронларнинг ҳаракатчанлиги ковакларникига қараганда уч марта катта бўлганлиги учун улар тезкор бўлади. Иккинчидан, n- ва p- каналли транзисторларнинг сиртолди қатламларининг структураси мувозанат ҳолатда фарқ қилади. Бу еса остонавий кучланиш катталигига таъсир қилади.
Сиртолди қатлам структурасидаги фарқ, оксид мавжуд бўладиган мусбат заряднинг турлича таъсири билан тушунтирилади. N-турдаги тагликда маскур заряд p-канални ҳосил бўлишига тўсқинлик қилувчи бойитилган қатламни ҳосил қилади. Бунга мос равишда p-каналли транзисторда остонавий кучланиш катта бўлади. P-турдаги тагликда маскур заряд камбағаллашган қатламни ҳосил қилади, яъни n-канал ҳосил бўлишини йенгиллаштиради; шу сабабли n-каналли транзисторларда остонавий кучланиш камаяди.
Баъзида оксиддаги мусбат заряд нафақат камбағаллашган, балки инверс қатламни ҳосил қилиши мумкин, яъни n-канални. Бундай канал нол кучланишда мавжуд бўлганлиги учун уни индуксияланган деб бўлмайди. Демак, остонавий кучланиш катталиги ўзининг оддий маъносини йўқотади. Мазкур турдаги транзисторларда канални мавжуд бўлган деб аташса, остонавий кучланиш ўрнига узиш кучланиши деган параметр киритилади. Бу кучланишда мувозанатдаги инверсион қатламдаги електронлар сиртдан иттарилади ва мавжуд бўлган канал йўқ бўлади. Умуман олганда ички каналнинг мавжуд бўлиши МДЯ- транзисторларнинг ишлатилишига тўсқинлик қилмайди. Бундай транзисторлар затвордаги кучланишнинг иккала қутубида ишлайди: манфий қутубда канал ташувчилар билан камбағаллашган ва сток токи камаяди, мусбат қутубда канал бойитилади ва ток ошади. Затвордаги кучланишнинг битта қутубида ишласа ҳам канали ҳосил қилинадиган транзисторлар кенг тарқалгандир. Ички канал талаб қилинган ҳолларда канал, ионли легирлаш усули ёрдамида юпқа сирт олди қатлами кўринишида тайёрланади.
Остонавий кучланиш. Затвордаги кучланиш, металл ва яримўтказгич сирти орасидаги солиштирма сиғим қанчалик катта бўлса, шунча кўп солиштирма зарядни яримўтказгичга келтиради. Демак, затвор-канал солиштирма сиғими затворнинг бошқариш қобилиятини аниқлайди. Шу сабабли у МДЯ- транзисторларнинг муҳим параметрларидан биридир.
Бу сиғим C₀  ₀_d / d 2 .5 кўринишга егадир. Бу йерда d – диелектрик қалинлиги; _d – диелектрик сингдирувчанлик. Катталик d ни камайтирилиши мақсадга муофиқдир, бироқ у диелектрикни тешилиши билан чеклангандир. Кремний оксиди қалинлигининг одатий қиймати d =0,01-0,1 мкм ни ташкил қилади.
Aгарда d=0,03 мкм ва _d=3,9 (SiO₂ учун) десак, у ҳолда C₀1000 pF/mm² га тенг бўлади.
Остонавий U₀ кучланишни иккита ташкил қилувчи ажратиш мумкин