Напряженность продольного

Основной характеристикой электроизоляционного материала служит электрическая прочность Е11Р, под которой понимают минимальную напряженность однородного электрического поля, приводящую к пробою. Для вычисления электрической прочности необходимо предварительно измерить пробивное напряжение (/пр. Если [/пр выражено в вольтах, а толщина диэлектрика в месте пробоя — в метрах, то электрическая прочность ?пр выражается в вольтах на метр (В/м).

235. Определить напряженность однородного магнитного поля в воздухе, если при движении проводника длиной 10 м перпендикулярно силовым линиям поля со скоростью 20 м/с возникает эдс 15 В.

Эту напряженность однородного электрического поля, приводящую к пробою, называют электрической прочностью. Электрическая прочность Е„р является одним из важнейших параметров электроизоляционного материала.

а напряженность однородного магнитного поля в воздухе

1. .Какова цель лабораторной работы? 2. Что' такое линия напряженности электрического поля? 3. Как определить направление электрических силовых линий? 4. Что такое эквипотенциальная линия? 5. Какими свойствами обладают электрические силовые линии? 6. Какими свойствами обладают эквипотенциальные линии? 7. Как можно создать однородное электрическое поле? 8. Как рассчитать напряженность однородного электрического поля? 9. Как рассчитать напряженность электрического поля,, созданного двумя точечными зарядами?- 10. В чем отличие электрического поля от поля электрического тока в проводящей среде?

Напряженность однородного поля плоского жонденсато-ра [см. (1-18) и (1-19))

а напряженность однородного магнитного поля в воздухе

1. Какова цель лабораторной работы? 2. Что такое линия напряженности электрического поля? 3. Как определить направление электрических силовых линий? 4. Что такое эквипотенциальная линия? 5. Какими свойствами обладают электрические силовые линии? 6. Какими свойствами обладают эквипотенциальные линии?. 7. Как можно создать однородное электрическое поле? 8. Как рассчитать напряженность однородного электрического поля? 9. Как рассчитать напряженность электрического поля, созданного двумя точечными зарядами? 10. В чем отличие электрического поля от поля электрического тока в проводящей среде?

Для однородного поля существует простая связь между напряженностью поля $ и напряжением U. В однородном поле при перемещении заряда q на расстоянии / в направлении сил поля ( 1-11) производится работа "*"

Электрическое смещение и поверхностная плотность заряда совпадают по величине на поверхностях всех проводящих тел, находящихся в электростатическом поле. Например, у внутренней поверхности пластины плоского конденсатора ( 1-10) напряженность однородного электрического поля, как и в любой другой точке однородного поля (1-17),

пластинами однородным. Напряженность однородного поля конденсатора согласно выражениям (1-17) и (1-19)

Пороговое напряжение слабее зависит от напряжения исток — подложка в транзисторе с коротким каналом, чем с длинным. Действительно, рост (/ип увеличивает высоту потенциального барьера р-п перехода исток — подложка, как и в случае длинного канала. Но одновременно из-за расширения стокового р-п перехода увеличивается напряженность продольного электрического поля, что частично компенсирует рост высоты барьера у поверхности, а значит, и порогового напряжения.

Семейство характеристик полевого транзистора с затвором в виде р-я-перехода изображено на 16.26. Сначала с увеличением Uc ток /с нарастает практически линейно. Затем наступает режим насыщения и увеличение (Ус не приводит к росту тока. Это объясняется тем, что при насыщении напряженность продольного поля в канале складывается с напряженностью поперечного поля и канал в области стока сужается. Причем чем больше напряженность

При t/зи =0 под затвором, за исключением областей /г+-типа и краевых участков, относящихся к обедненным слоям p-n-переходов, фпов = 0. В области истока фпов=Фои, где <р0и — высота потенциального барьера истоково-го перехода в равновесии (при Unn — 0). Электроны из истока не могут диффундировать в подзатворную об-ластьчб, так как этому препятствует потенциальный барьер фои. Иными словами, эти электроны находятся в потенциальной яме глубиной фон- Для наглядности аналогии с ямой ось потенциала направлена вниз. Поверхностный потенциал области стока равен фос+^си, где фОС — высота потенциального барьера стокового перехода в равновесии, следовательно, в этой области электроны находятся в более глубокой потенциальной яме. Все напряжение UCH падает на обедненном слое стокового перехода, поэтому напряженность Qy продольного электрического поля под затвором равна нулю всюду, кроме краевых участков у границ p-n-переходов. Таким образом, концентрация электронов в подзатворной области 6 очень мала, канал между истоком и стоком отсутствует, напряженность продольного поля равна нулю, поэтому в цепи стока течет пренебрежимо малый ток стокового перехода. Такое состояние характерно не только для [/Зи =0, но и для других значений напряжения L/зи, меньших порогового.

При дальнейшем повышении напряжения затвора до значения С/зИ>С/зи увеличиваются удельный заряд электронов у истока и разность поверхностных потенциалов на границах канала ( 5.3,6), т.е. возрастает напряженность продольного электрического поля, что приводит к росту тока стока. Так осуществляется управление током через канал при изменении напряжения между затвором и истоком.

При ^си^^синас канал перекрывается не в одной точке, а на участке конечной длины AL вблизи стока. Область перекрытия представляет собой часть обедненного слоя стокового p-n-перехода, причем AL
С ростом f/си длина канала U уменьшается, а напряжение, приложенное к нему, остается постоянным, равным f/синас. Напряженность продольного электрического поля ?/синас называют режимом насыщения. Он соответствует пологой области 2 стоковых характеристик (см. 5.4). Если же AL соизмеримо с L, то изменение тока на участке 2 весьма велико и различие между крутой и пологой областями характеристики выражено менее ярко. Такие транзисторы называют транзисторами с коротким каналом, они широко распространены в микроэлектронике.

В режиме насыщения напряжение на затворе влияет не только на плотность заряда электронов, но и на напряженность продольного электрического поля в канале. Например, при снижении t/зи уменьшается напряжение, приложенное к каналу, равное напряжению насыщения, а значит, И <§у~С/сИнаеДЛ ЕСЛИ U3И ->t/nop, ТО t/сИнас ~>-0, ПО-

При достаточно большом напряжении f/си область перекрытия может распространиться вплоть до истока и происходит полное (сквозное) перекрытие канала. Оно соответствует смыканию обедненных слоев обоих р-л-пере-ходов и обычно наблюдается в транзисторах с коротким каналом. Величина L'->-0, а напряженность продольного электрического поля на участке L' резко возрастает. Большое значение
сумме длины канала Z/ и длины AL области перекрытия ( 5.5, г). Время пролета tnp можно представить в виде суммы ^Пр.к+^пр.пер, где ^пр.к — время пролета канала, ^пр.пер — время пролета области перекрытия. _Средняя напряженность продольного поля в канале <§» = ,(^зи — — Unop)/L', а средняя дрейфовая скорость u№ = \inQy. В области перекрытия электроны движутся со скоростью насыщения, поэтому

Реальные характеристики при малой длине канала существенно отличаются от (5.6) и (5.7). При уменьшении длины канала увеличивается напряженность продольного электрического поля; &y^Ucn/L. Это вызывает снижение подвижности электронов (см. § 1.4); следовательно, реальные токи будут меньше тех значений, которые получаются из выражений (5.6) и (5.7). В сильных полях дрейфовая скорость электронов в канале не зависит от напряженности электрического поля и близка к скорости насыщения. Эффект сильного поля можно учесть, если в (5.6) ввести подвижность, зависящую от поля в соответствии с (1.15). Напряжение насыщения и ток в пологой области можно най-

при ?/си>^си нас- Сплошная линия соответствует характеристике с учетом зависимости подвижности от поля и эффекта насыщения дрейфовой скорости. Характеристика квадратична только при напряжении С/3и вблизи порогового, равного —2 В. С ростом напряжения О'зи в канале на участке L' увеличивается напряженность продольного электрического поля <Г,, = ?/си насД/~ (?/зи —?Л,ор) Д.'. В результате подвижность электронов снижается, дрейфовая скорость приближается к скорости насыщения и перестает зависеть от напряжения t/зи, а характеристика становится линейной (практически уже при ?Л,и > —I В). Штриховой линией показана характеристика без учета зависимости подвижности от поля. Этой зависимостью можно пренебречь только для длинного канала, удовлетворяющего условию Ь>(?/зи — ?Aiop)W(2vHac). Например, для f/зи— ?/пор= = 1 В имеем L»l,25 мкм. Отметим, что в кремниевых транзисторах из-за меньшей подвижности электронов [ц„ = =800 см2/(В-с) при той же концентрации WK = 1017 см~3] зависимостью \ьп(&у) можно пренебречь при значительно меньшей длине канала 1>0,3 мкм (практически достаточно L>2-b3 мкм). Этот же вывод относится и к кремниевым МДП-транзисторам. На 5.20 приведены также стокозатворная характеристика для транзистора с положительным пороговым напряжением ?/пор=0,2 В (кривая /м ) и входная характеристика, т. е. зависимость тока в цепи затвора /з от напряжения затвор—исток. Положительное напряжение соответствует прямому смещению контакта затвор—канал. С ростом напряжения С/зи ток затвора

Характеристики аналогичны характеристикам транзистора с управляющим переходом металл—полупроводник и МДП-транзисторов с встроенным каналом ( 5.6, 5.7, 5.19 и 5.20). Они могут быть аппроксимированы формулами (5.6), ,(5.7), (5.9), в которых удельная крутизна определяется по (5.20). Длина канала транзистора с управляющим p-n-переходом значительно больше, чем у транзистора с управляющим переходом металл—полупроводник. Поэтому напряженность продольного электрического поля в канале у них значительно меньше и падения подвижности с ростом напряжения на стоке не наблюдается.