23. Сравнительная характеристика подложек на основе кремния и арсенида галлия. Структура и принцип действия полевых транзисторов с управляющим переходом металл-полупроводник.

При разработке полевых транзисторов с управляющим переходом металл-полупроводник и микросхем на их основе используются следующие преимущества арсенида галлия по сравнению с кремнием:

• Более высокие подвижность электронов в слабых электрических полях и скорость насыщения в сильных полях;

• Большая ширина запрещенной зоны и, как следствие, значительно более высокое удельное сопротивление нелигированного арсенида галлия, позволяющее создавать полуизолирующие подложки микросхемы.

По этим причинам наиболее оптимальным активным элементом, позволяющим реализовать в микросхемах преимущества арсенида галлия по сравнению с кремнием, является полевой транзистор с управляющим переходом металл-полупроводник (МЕП-транзистор).

Между затвором и истоком подается управляющие напряжение U_зи , на сток – положительное напряжение U_си. При изменении управляющего напряжения изменяются толщина обедненного слоя переход Шотки и как следствие, толщина проводящего канала его проводимость и ток стока.

Пороговое напряжение МЕП-транзисторов зависит от толщины, степени легирования канала и расстояния от затвора до канала.

Если пороговое напряжение меньше нуля, то при отсутствии напряжения на затворе транзистора канал является проводящим и транзистор называется нормально открытым .

Если пороговое напряжение больше нуля и нулевом напряжении на затворе канал полностью перекрыт обедненной областью перехода, транзистор является нормально закрытым.

В отличие от МДП транзисторов существует предельное значение напряжения на затворе U_ЗИ^макс=0,6 В, при превышении которого появляется нежелательный ток в цепи затвора, так открывается переход металл-полупроводник. Поэтому ток стока такого транзистора ограничен величиной I_С^макс.

24. Гетероструктуры на основе арсенида галлия. Явления сверхинжекции в гетеропереходах. Гетеропереходные биполярные транзисторы.

Рассмотрим зонную диаграмму гетероперехода при прямом внемшенм смещении, когда переход открыт и через него течет ток.

Благодаря скачку дна зоны проводимости электронный квазиуровень E_F,n в области p- типа вблизи перехода оканчивается выше E_С . Так возникает неравновесный вырожденный электронный газ с высоким значением концентрации электронов. Такой рост в концентрации неравновесных электронов в р-полупроводнике пр протекании тока называют сверхинжекцией.

За счет сверхинжекции n_p может быть выше, чем концентрация легирующей примесей в n- полупроводнике.

Гетеропереходные биполярные транзисторы

Основное преимущество перед обычным биполярным транзистором – подавление инжекции неосновных носителей в эмиттер, что позволяет путем увеличения легирования уменьшить сопротивление базы. Низколегированная база существенно ограничивает быстродействие биполярного транзистора

Использование гетероперехода в качестве перехода эмиттер – база снимает ограничение на быстродействие биполярного транзистора. На рис. Приведена зонная структура гетеропереходного транзистора n-p-n типа, в котором в качестве эмиттерной области использован широкозонный полупроводник.

Поскольку образующий эмиттер полупроводник имеет более широкую запрещенную зону, чем тот, что образует базу, энергетический барьер для инжекции дырок, в эмиттер выше, чем барьер для инжекции электронов их эмиттера в базу.