Introduktion till halvledarteknik

Transkript

1 Introduktion till halvledarteknik

2 Innehåll 7 Fälteffekttransistorer MOS-transistorn strömekvation MOS-transistorn kanal mobilitet Substrat bias effekt 7 Bipolar transistorn Introduktion Minoritets bärare distribution och terminal strömmar Ebers Moll 2a ordningenseffekter

3 N-kanal MOS-transistorn strömekvation Skillnader i utträdes arbete och laddningar i oxiden Både fasta joner och rörliga laddningsbärare Q s =Q n +Q d Löser ut Q n Rörliga laddningar i kanalen (snittet)

4 N-kanal MOS-transistorn strömekvation Försummar spänningsberoendet hos Q d (x) V T =V FB +2 F +Q d (x)/c i JFET 2h I D I D dv R x U R Resistiviteten ( cm) dx dv Z

5 N-kanal MOS-transistorn strömekvation För MOS kanalen gäller att: dx dv Z x Q E Z x Q x v Z x Q I x n n n n n d ) ( ) ( ) ( ) (

6 N-kanal MOS-transistorn strömekvation pust Konduktansen i den linjära delen kan beskrivas av V D <<V G -V T

7 N-kanal MOS-transistorn strömekvation I mättnads området gäller att:

8 N-kanal MOS-transistorn strömekvation Transkonduktansen i mättnadsområdet:

9 MOS-transistorn kanal mobilitet Det effektiva elektriska fältet beroende på innesluten laddning gauss sats Elektroner hål

10 MOS-transistorn kanal mobilitet Mobilitets degraderande faktor

11 MOS-transistorn kanal mobilitet

12 Substrat bias effekt I tidigare framställning har substratet varit kopplad till source. I vissa fall kan en spänning uppstå mellan source och substrat. Ett ex är i integrerade kretsar där source elektroden måste hållas isolerad från substratet. Detta för att en krets med ett flertal transistorer ska kunna kopplas valfritt. Obs substratet måste vara backspänt i förhållande till source och drain

13 Substrat bias effekt Mos kapacitans vid stark inversion Om V B >>2 F (0.6V)

14 Bipolar transistorn, introduktion a) En diod med belysning Styrbar diod!

15 Bipolar transistorn, introduktion (pnp)

16 transistorn, introduktion (pnp) W b <<L p I stora drag är fkn som följer Emittern injeserar minoritetsbärare (hål) i basen, förhoppningsvis rekombinerar de inte i allt för stor mängd med elektroner som kommer in i basen, utan diffunderar vidare mot kollektorn. Kollektorn är backspänd och när hålen närmare sig övergången sveps de över av det elektriska fältet in i kollektorn. Hålen rekombinerar vid kollektorkontakten i motsvarande mängd som elektroner tillförs

17 transistorn, introduktion, terminal strömmar och parametrar hålström Bas transport faktor Emitter injektions effektivitet Ström överförings kvot Ström förstärknings faktor

18 Minoritets bärare distribution och terminal strömmar (pnp) Några förenklingar och antaganden: Hål diffunderar från emitter till kollektor ingen drift i basen Emitterströmmen består endast av hålström Ingen mättnad i kollektorströmmen En dimensionell analys Strömmar och spänningar är i steady state -inga förändringar

19 Minoritets bärare distribution (pnp) Emitterdioden är framspänd Och kollektordioden backspänd, vilket resulterar i:

20 Minoritets bärare distribution (pnp) Går att lösa fördelningen av Hål koncentrationen i basen (se 4-34b) Lösningen för hål i basregionen Randvilkoren

21 Minoritets bärare distribution Lösning ger C 1 och C 2 Hål fördelningen i basen

22 Minoritets bärare distribution

23 terminal strömmar Från ekv. 4-22b, hål strömmen i basen Emitter strömmen Kollektor strömmen

24 terminal strömmar Hyperboliska fkn! Om Ges basströmmen

25 terminal strömmar, approximation Om kollektordioden är kraftigt backspänd gäller att p c ~-p n (~0)

26 terminal strömmar, approximation Om kollektordioden är kraftigt backspänd gäller att p c ~-p n (~0)

27 terminal strömmar, approximation Tar med två termer från serie utvecklingen W b /L p <<1

28 terminal strömmar, approximation, laddningsmodellen Hål distributionen i basen, Triangelapproximation Hålen måste ersättas med samma hastighet Varmed dom rekombinerar Ekvationen överensstämmer med föregående härledning!

29 Emitter-injektions faktorn, bastransport faktorn Emitterströmmen består av hål-injeserad och elektron-injeserad laddningar, om endast hål är =1

30 Ebers-Moll Ekvationer,kopplad diod modell, översiktligt

31 2a ordningenseffekter, dopprofil bas Basen är inte homogent dopad utan har en avtagande dopprofil! Dopprofilen skapar ett elektriskt fält

32 2a ordningenseffekter, dopprofil bas Balans av drift och diffusion-strömmar i basen (majoritets bärare, elektroner i detta fall) Det elektriska fältet hjälper hålen över basregion

33 Bas vidd modulation Speciellt när kollektorn har en högre dopning Early spänningen

34 Lavingenombrott i kollektor bas dioden

35 strömförstärkningsfaktorn avtar med högre strömmar Pga Höginjektion i emmiterdioden Minoritetsbärar koncentrationen närmar sig majoritetsbärar koncentrationen, n=2 i diod ekvationen och strömmen ökar inte lika snabbt Kirk effekten Fria laddnigsbärare (ex hål) som injeseras i bas kollektor dioden, ökar koncentrationen på n-sidan och minskar koncentrationen på p-sidan. Detta resulterar i att övergången flyttar sig momentant, samt att bas transport tiden ökar Fria injeserade hål