переносится основными носителями. Транзисторы типа МОП представляют собой четырехэлектродный полупроводниковый прибор. Истоком называется электрод, от которого начинают движение основные носители в канале, стоком - электрод, к которому двигаются основные носители, затвором - управляющий электрод. Четвертый электрод присоединен к подложке - полупроводниковой области, иа которой изготавливается транзистор.

Лрикладывая напряжение к затвору, монсно изменять ток в канале (при постоянном напряжении на стоке), а значит, менять сопротивление канала. Транзисторы МОП-типа в отличие от биполярных управляются напряжением и в этом смысле являются аналогом электронных ламп На рис 2 23 показаны три варианта выполнения схемы НЕ на .\ЮП-транзисторах с индуцирус-мыми каналами. Микросхемы на МОП-транзисторах имеют ряд преимуществ по сравнению с биполярными схемами. Они конструктивно просты, технологичны, имеют высокую помехсустойчивость и малую .мощность рассеивания. МОП-вентиль занимает гораздо .меньщую площадь на поверхности подложки по сравнению с биполярным ключом. Это позволяет получить микросхемы с числом эквивалентных ключей до 100 000 на одном кристалле.

Больщинство выпускаемых в настоящее время цифровых микросхем на МОП-транзисторах основано на МОП-транзисторах с индуцируемыми каналами р-типа, или, как их еще называют, на р-ка-нальных транзисторах. В последние годы получили распространение микросхемы на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП), а также на п-канальных транзисторах. Рассмотрим более подробно микросхемы на МОП-тргнзисторах.

2.6.1. Принцип работы микросхем на р-канальных МОП-транзисторах

Рассмотрим принцип работы МОП-транзистора с индуцируемым р-каналом (рис. 2.24). Если к структуре не приложены напрянсения, р-п переходы. образовани.ые областями стока, истока и подложкой, закрыты [1]. На границе раздела между полупроводником и диэлектриком образуется отрицательный заряд подвижных электронов, уравновешивающий поло/кительный заряд поверхностных состояний (5поч {рис. 2.24,0). Электрическое поле сосредоточено на границе раздела полупроводника и окисла Si02. При подаче отрицательного напряжения на затвор возникает электрическое поле, под действием которого уменьшается внутреннее электрическое поле на границе раздела. С увеличением отрицательного напрянсения иа затворе свободные электроны вытесняются из прилегающей к затвору области и в пей образуется обедненный слой. При дальнейшем увеличении напряжения на затворе у поверхности раздела увеличивается кон-центрацлч положительно заряженных дырок (рис. 2.24,6).

При определенном напряжении на затворе, когда в области ка-тшла накопится достаточное количество дырок, тип проводимости поверхности раздела станет дырочным и области р-типа окажутся соединеннттми друг с другом посредством инверсионного слоя с проводимостью р-типа Этот слой и служит каналом (рис. 2.24, а).

Изменяя отрицательное напряжение на затворе, можно модулировать количество носителей (дырок) в области канала, т. е. регулировать протекающий в канале ток. Канал транзистора изолирован

+ + + ++-(- + пов

©©®©®®©

©©©©© ©®@©©© ©©ф©©©©

+ ++ ++ + +

+ + . + + + р*

ф©ф®© ©©©ффф ©ф®©ффф

Рис. 2.24. МОП-транзисторы с индуцируемым р-каналом:

а-а - различные степени обогащения канала; г - режим насыщения (длина канала уменьшается)

ОТ основного объема подложки высокоомным слоем заряда. Если иа подложке изготавливается несколько транзисторов, можно пренебречь их вза1ыпы.! влиянием. Для управления проводимостью канала может быть использована подложка. Отрицательное напряжение, приложенное к подло/кке, приводит к отпиранию р-п переходов дгежду подложкой и областями стока ц истока. Положительное напряжение увеличивает толщину объемного заряда, уменьшает проводимость канала, а при дальнейшем увеличении может привести к полному исчезновению канала.

Напряжение на затворе, при котором мелсду стоком и истоком появляется индуцируемый канал, называется напряжением отпирания UoTn. Под действием раности потенциалов между стоком и истоком в канале транзистора протекает определенный ток стока Когда напряжение на стоке Uq мало, ток 1 прямо пропорцнонале.) приложенному напряжению и изгиеняется по линейному закону. При увеличении U-. ток 1 растет, так как увеличивается электрическое поле вдоль канала. Однако одновременно будет компенсировать напряжение, приложенное к затвору, что вызовет уменьшение тол щины канала около стока (рис, 2.24, г), т.е. уменьшение его проводимости, и приведет к отклонен:по зависимости 1, (J ) от л!щопно-го закона. Кроме того, повышение приводит к увеличению разности потенциалов между каналом и подложкой, что, в свою очередь, вызывает изменение толщины объемного заряда вдоль канала. Дальнейшее увеличение Ir- приводит к уменьшению длины канала и на-сыще1)ию Условие насыщения определяется выражением lUcrp= из1-и п,.

Рассмотрим примеры построения цифровых микросхем на основе р-каиальиых МОП-транзнсторов. Существуют и достаточно широко применяются три типа схем на МОП-транзнсторах: статические, квазистатические и динамические. В схемах квазистатического и динамического типов используется высокое входное сопротивление МОП-транзисторов и способность паразитной емкости затвора длительное время сохранять заряд и уровень напряжения на затворе. Схемы этого типа применяются для построения триггерных устройств, регистров н счетчиков, но основная область их применения - создание схем памяти [3].

2.6.2. Статические схемы на р-канальных

МОП-транзистс pax

На рис. 2.25 представлены схемы базовых ЛЭ, выполняющих функции И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Для простоты здесь и на последующих рисунках не показаны цени подложки, которая, как правило, соединяется с истоком транзистора. В переключательных схемах с общим истоком, построенных на р-канальных МОП-транзисторах, используется отрицательное напряжение питания цепей стока. Это схемы отрицательной логики. Схемы, приведснны на рис. 2.25, а. б, содержат два переключательных транзистора VTl, \Т2 и один нагрузочный VT3. Затвор нагрузочного транзистора может быть подключен к источнику напряжения смещения, имеющему обычно более высокое напряжение (по абсолютной величине), чем напряжеше, коммутируемое ключевой схемой. Чаще всего затвор нагрузочного транзистора соединяется с источником напряжения питания стоковых цепей

Для реализации функции И - НЕ (рис. 2 25. а) транзисторы VT1, VT2 соединены последовательно с нагрузочным транзистором VT3, образуя так называемое ярусное включенье. Ток через тран-зисгор VT3 может течь лишь прн условии, что транз!1сторы VT! и VT2 открыты, т. е при наличии сигналов на обоих входах схемы И - НЕ. Число переключательных транзисторов (коэффициент объединения по входу Кд(-,[, ) может быть увеличено, однако обычно оно не превышает четырех. Благодаря высокому входному сопротивлению МОП-транзисторов (Rpy>!0 Ом) цифровые микросхемы, построенные на их основе, имеют высоку.ю нагрузочную способность (Краз> i0...20). Нагрузочная способность ограничивается лишь снижением быстродействия ключа при росте числа нагрузок, так как увеличивается постоянная времени заряда паразитной емкости нагрузки током, протекающим через нагрузочный транзистор. При Ki-a3=!0 паразитная емкость нагрузки С = 20 пФ, а максимальная рабочая частота равна 110 кГц.

Схема ИЛИ-НЕ (рис. 2.25,6) образуется иара.ллельным соединением переключательных транзисторов н подсоединением их обь-единенных стоков к истоку нагрузочного транзистора VT3. Здесь пугь току через транзистор VT3 открывается при включении одного из транзисторов (VT! или VT2), т.е. при наличии сигнала па одном

Указанные схемы приведены, как один из этапов развития тех-нолопит микросхем. В настоящее время микросхемы на рМОП-тран-зисторах в новых разработках не применяются, их заменили на микросхемы на пМОП-транзисторах,