Образуется избыточная

К РПЗУ первого подкласса прежде всего следует отнести устройства, в которых в качестве запоминающих элементов используют МНОП-структуры. В структуре с двойным затвором могут быть реализованы четыре режима работы запоминающего элемента: запись, хранение, считывание и стирание. Для записи информации на управляющий электрод подают импульс напряжения. При этом на плавающем затворе накапливается заряд электронов, в результате чего образуется инверсный канал между истоком и стоком. Поскольку плавающий затвор изолирован, записанная информация в виде заряда может храниться на нем достаточно продолжительное время. Считывание информации осущест-

В качестве примера практического использования ПЗС рассмотрим трехтактный сдвиговый регистр, схема работы которого показана на 3.18. Каждый электрод ПЗС соединен с одной из трех шин, на которые подаются тактовые импульсы от внешнего источника. Пусть некоторое начальное состояние схемы характеризуется распределением зарядов, показанным на 3.18, а, когда под электродами 1 и 7 локализованы положительные заряды, а под электродом 4 заряд отсутствует. Напряжение хранения — 1/2 приложено к шине Ш\ и, следовательно, к электродам /, 4, 7. Шины ZZ/i, ZZ/з и все остальные электроды находятся под напряжением — U\, причем должно выполняться условие ?/г! > \il\\. Потенциал подложки при этом принимают за нулевой. Напряжение U\ выбирают так, чтобы выполнялось условие \Ui\ > \Unop\, где (Упор — пороговое напряжение, при котором в стационарном режиме в МДП-структу-ре образуется инверсный слой.

Если на затвор подать напряжение, то электрическое поле, создаваемое положительным потенциалом затвора, индуцирует соответствующий отрицательный заряд в полупроводниковом материале, который служит второй пластиной конденсатора. При возрастании положительного напряжения, приложенного к затвору относительно истока, в части полупроводниковой подложки типа р между истоком и стоком образуется инверсный слой с электронной проводимостью — канал п. Через этот индуцированный канал типа п может протекать ток. Чем больше напряжение на затворе, тем больше поперечное сечение канала и, следовательно, больший ток протекает между истоком и стоком. Иначе говоря, током стока можно управлять путем изменения потенциалов на затворе.

Распределения поверхностного потенциала в МДП-структуре в направлении, перпендикулярном затвору, для различных моментов времени приведены на 11.2. Координата х отсчитывается от границы полупроводник (/7) — диэлектрик (Д). Штриховой линией показана граница диэлектрик—металл (/И). По мере накопления зарядового пакета за счет тепловой генерации носителей заряда толщина обедненного слоя Lo6 и поверхностный потенциал полупроводника фпов уменьшаются, а разность потенциалов на диэлектрике увеличивается. В установившемся режиме (/->- оо) поверхностный потенциал уменьшается до значения ФПОР = 2фт1п(УУа//г;), где Na — концентрация акцепторов в подложке; n-f — концентрация собственных носителей. При этом у поверхности образуется инверсный слой л-типа, максимальный заряд электронов в котором

середина запрещенной зоны пересечет уровень Ферми, то образуется-инверсный приповерхностный слой, который называют каналом. При обпазовании канала поверхностный рекомбинационный ток обуслов лен прежде всего рекомбинационными процессами. По величине канального тока можно также судить о качестве ПП, а его влияние (как и влияние поверхностного р 'комбинационного тока) можно

Если разница в работах выхода велика, то в приконтактной области полупроводника образуется инверсный слой (см. 2.15, б). В этом случае при малых прямых напряжениях через такой переход будет происходить инжекция неосновных носителей заряда из инверсного слоя в прилегающий объем полупроводника. При больших прямых напряжениях инверсный слой может исчезнуть.

Следует отметить, что емкость МДП-конденсатора может иметь сложную зависимость от напряжения постоянного смещения и от частоты переменного напряжения. Связано это с возможностью образования у поверхности полупроводника (в данном примере у поверхности /г+-области) обедненных и инверсных слоев под действием проникающего в полупроводник электрического поля. Частотная зависимость емкости МДП-конденсатора может появиться, если в полупроводнике образуется инверсный слой, в котором накопление и рассасывание неосновных для исходного полупроводника носителей заряда происходят в результате процессов тепловой генерации и рекомбинации, а инерционность этих процессов может быть велика.

иллюстрируется 3.13. Каждый электрод ПЗС соединен с одной из трех шин, на которые подаются тактовые импульсы от внешнего источника. Пусть некоторое начальное состояние схемы характеризуется распределением зарядов, показанным на 3.13, а, когда под электродами/и 7 локализованы положительные заряды, а под электродом 4 заряд отсутствует. Напряжение хранения—t/2 приложено к шине Я/i и, следовательно, к электродам 1,4 и 7. Шины Ш\ и Ш3 и все остальные электроды находятся под напряжением —Hi, причем должно выполняться условие ?/2>l/i. Потенциал подложки при этом принимают за нулевой. Напряжение И\ выбирают так, чтобы выполнялось условие f/i>f/nop, где Unop — пороговое напряжение, при котором в стационарном режиме в МДП-структуре образуется инверсный слой.

Концентрация (объемная или поверхностная) электронов под затвором при нулевом напряжении на затворе определяется величиной работы выхода электронов из металла затвора, плотностью заряда в окисном слое и плотностью заряда на границе раздела кремний — окисный слой. Если под действием этих параметров при нулевом напряжении затвора между истоком и стоком образуется инверсный слой, то через структуру протекает ток стока и транзистор открыт. В этом состоянии приложением отрицательного напряжения к затвору транзистора можно управлять током стока. Такой режим работы МОП-транзисторов называется режимом обеднения. С другой стороны, если при нулевом напряжении затвора инверсный слой под затвором не образуется, промежуток между истоком и стоком изолирован подложкой р-типа и транзистор закрыт. При подаче положительного напряжения на затвор под ним образуется инверсный

Проведем качественный анализ работы МОП-транзистора. При подаче положительного напряжения на затвор МОП-транзистора, показанного на 3.26, а, под затвором образуется инверсный

pax и не образуется инверсный слой как в МОП-транзисторах. Поэтому величины p(rf), п(х) определяются концентрацией доноров:

Инерционность запирания диода связана с эффектом накопления носителей заряда, который заключается в следующем. При протекании через диод прямого тока через р — n-переход осуществляется инжекция носителей и образуется избыточная концентрация неосновных носителей, возрастающая с увеличением прямого тока. При переключении напряжения на обратное эти неосновные носители в первый момент увеличивают обратный ток и способствуют снижению обратного сопротивления. Постепенно концентрация неосновных носителей уменьшается за счет рекомбинации и ухода через р — n-переход. После окончания рекомбинации обратное сопротивление и ток восстанавливаются до стационарных значений. Кроме того, на инерционность диода в импульсном режиме оказывает влияние барьерная емкость, уменьшение которой может быть достигнуто уменьшением площади р — я-перехода.

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения иыя. При напряжении С/вкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на 16.45,6). В «-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в ^-области -избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

Физические процессы в базе. В результате инжекции в базе на границе с запирающим слоем образуется избыточная концентрация неосновных носителей Ар — рп — р„0 (см. 10-3, в).

Поле в базе диода. В § 10-1 при рассмотрении физических процессов в р-п переходе было показано, что в результате инжекции в базе у границы запирающего слоя образуется избыточная концентрация положительных зарядов — дырок. Вследствие этого в базе возникает внутреннее электрическое поле, вектор напряженности §б которого направлен от перехода в толщу базы. Под воздействием этого поля из толщи базы к переходу движутся электроны, образуя у перехода объемный заряд, примерно равный заряду дырок.

Процессы в базе транзистора. В результате инжекции в базе на границе эмиттерного перехода, так же как и в диоде, образуется избыточная концентрация дырок. Процесс компенсации образовавшегося объемного заряда дырок электронами был рассмотрен в § 11-2 при обсуждении аналогичаого процесса в диоде.

Физические процессы в базе. В результате инжекции в базе на границе с запирающим слоем образуется избыточная концентрация неосновных носителей Ар — рп — р„0 (см. 10-3, в).

Поле в базе диода. В § 10-1 при рассмотрении физических процессов в р-п переходе было показано, что в результате инжекции в базе у границы запирающего слоя образуется избыточная концентрация положительных зарядов — дырок. Вследствие этого в базе возникает внутреннее электрическое поле, вектор напряженности §б которого направлен от перехода в толщу базы. Под воздействием этого поля из толщи базы к переходу движутся электроны, образуя у перехода объемный заряд, примерно равный заряду дырок.

Процессы в базе транзистора. В результате инжекции в базе на границе эмиттерного перехода, так же как и в диоде, образуется избыточная концентрация дырок. Процесс компенсации образовавшегося объемного заряда дырок электронами был рассмотрен в § 11-2 при обсуждении аналогичаого процесса в диоде.

Полупроводник n-типа. При введении в собственный полупроводник пятивалентной донорной примеси (например, As, P, SB) в нем образуется избыточная концентрация электронов. Атом такой примеси, занимая узел кристаллической решетки полупроводника, оказывается в окружении его атомов ( 27, а). На зонной диаграмме электронного полупроводника ( 27, б) появляется дополнительный — донорный уровень энергии ДУ, располо-

Полупроводник р-типа. При введении в собственный полупроводник трехвалентной акцепторной примеси (например, В, Al, In) в нем образуется избыточная концентрация дырок. Атом такой примеси, имея три валентных электрона, образует три парные ко-валентные связи ( 28, а), а недостающий четвертый электрон отбирает у соседнего атома полупроводника. При этом на месте оборванной ковалентной связи появляется дырка.

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения {7ВКЛ. При напряжении UBKJ1 в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на 16.45, б). В я-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в /«-области — избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.