ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДАТЧИКА НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДАТЧИКА НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Тураев А.А.

Бухарский государственный университет, г. Бухара, Узбекистан

В настоящее время внимание исследователей обратилось к нетривиальным режимам включения полевого и биполярного транзисторов. Оказалось, что в случае создания варианта двухстокового транзистора, у него усиливаются свойства чувствительности к деформациям [1-3]. Исполнение или же включение полевого транзистора в виде двухтранзисторной ячейки с последовательно соединенными каналами обеспечивает усиление постоянного и переменного сигналов с высоким коэффициентом [2-4]. Для придания чувствительности к внешним воздействиям полевому транзистору предлагается включить его в режиме запирания канала напряжением сток-затвор, а напряжение отсечки выбрать в качестве измерительного параметра [5].

В настоящем разделе приведены особенности полевого транзистора в режиме запирания канала напряжением сток-затвор в качестве многофункционального датчика, особенно, как приемника солнечного излучения .

Исследуемый полевой транзистор.

Многофункциональный датчик изготовлен на основе кремния. Для этого на подложке кремния с

толщиной 200 мкм р + -типа проводимости с

- 1 3

концентрацией носителей 110 см выращивался эпитаксиальный слой п-типа проводимости с

„ , 1П15 3

концентрацией носителей 2 10 см толщиной 0.7^1.5 мкм (оптимальные значения которого приведены в таблице 2). Затем через окна в маске формировали контактные области из напыленного индия и серебра. Расстояние между стоком и истоком, то есть длина канала равнялась 150^200 мкм. С тыльной стороны подложки формировали сплошной контакт напылением индия и серебра. Одной из конструктивно-технологических особенностей исследуемого полевого транзистора является доступность канала к внешним воздействиям (рис. 1).

Рис. 1. Исследуемый полевой транзистор

Для обеспечения быстрой реакции на изменяющуюся температуру толщина подложки должна быть выбрана как можно тонкой. То есть не 200 мкм, что у нас имеется, а порядка 100 мкм.

Основные критерии выбора параметров полевого транзистора для многофункционального датчика Как показано на фиг. 1 исследуемый полевой транзистор с управляющим р-п-переходом содержит низкоомную подложку первого типа с нижним электродом затвора, эпитаксиальный (диффузионный) высокоомный слой второго типа со сформированными на ее поверхности

омическими контактными областями стока и истока, между которыми располагается канал

(длиной Ь ), толщина канала а в 72 раза больше исходной толщины обедненного слоя р+-п-перехода. Эта толщина обеспечивает значение напряжения отсечки канала в два раза большее диффузионного потенциала иотс = 2ио.

Толщина обедненного слоя р+-п-перехода при увеличении температуры или световом воздействии (Q, Ф) уменьшается. Подложка и высокоомный слой могут быть как п- и р-типа или наоборот. Датчик может быть изготовлен на основе

германия, кремния, арсенида галлия или на основе любых полупроводников, в которых возможно получение выпрямляющего перехода.

Для получения оптимальной модуляции канала под внешним воздействием, напряжение отсечки выбирается из расчета иотс = 2ио . Как

приведено в таблице 1, при нулевом смещении имеем толщину объемного заряда равную 0,65 мкм

Данные толщины слоя объемного

с контактной разностью потенциалов 0.61 В. Тогда для напряжения отсечки 0.61 В х2 =1.22 В или для запирающего канал обратного напряжения иобр=0.6 В имеем толщину Жооз 0.90 мкм. То есть при увеличении напряжения в два раза область

объемного заряда увеличивается в 42 раза, что соответствует оптимальной толщине канала.

Таблица 1

Цобр, В 0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,3 1,6

Коз ,мкм 0,65 0,70 0,74 0,83 0,90 0,97 1,04 1,13 1,22

Выбор толщины канала в пределах 42 толщины слоя объемного заряда р-п-перехода обусловлен тем, что при больших толщинах чувствительность полевого транзистора к внешним воздействиям снизится, а при меньших значениях появляется возможность образования гистерезиса в ходе увеличения и уменьшения напряжения отсечки при внешних воздействиях из-за различия хода расширения и сужения области объемного заряда вызываемого более резким уменьшением концентрации носителей у границы р-п-перехода.

Физическая особенность

многофункционального датчика заключается в том, что если в известном термочувствительном полевом транзисторе отрицательный

температурный коэффициент зависимости проводимости канала подавляется за счет выбора концентрации носителей вблизи точки перехода температурной чувствительности подвижности от высоких значений к низким [4-6], то в нашем случае наряду с температурной чувствительностью необходимо обеспечить также

фоточувствительность, чувствительность к давлению. Эти свойства можно обеспечить включив полевой транзистор в режиме запирания

канала напряжением сток-затвор, когда с повышением рабочего напряжения до отсечки канала падение напряжения на переходе исток-затвор линейно возрастает, а затем после отсечки приобретает потенциал равный напряжению отсечки канала. При заданном рабочем напряжении воздействие на канал света или температуры (давления) приводит к изменению потенциала на переходе исток-затвор, который, как было предложено в работе [3-5] идентифицируется как измерительный параметр.

Исследование зависимости фототока от светового излучения в режиме тока короткого замыкания и отсечки канала При подсветке канала в области объемного заряда перехода затвор - канал генерируются электронно-дырочные пары, которые создают фототок на переходе исток-затвор, приводя к уменьшению сопротивления этого перехода, что, в свою очередь, приводит к уменьшению падения напряжения и к соответствующему увеличению тока сток-затвор. Электронная схема измерения зависимости падения напряжения на переходе исток-затвор от внешнего воздействия приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема измерения падения напряжения на переходе исток-затвор в режиме запирания канала напряжением сток-затвор

Как видно из рисунка относительно рабочего напряжения переход затвор-канал, можно сказать, включен в диодном режиме, или при подсветке он действует аналогично фотодиоду. Однако

принципиально он существенно отличается от фотодиода. Так, в предлагаемом рабочем режиме запирания канала напряжение на переходе сток-затвор в два и более раза больше, чем на переходе

исток-затвор. В случае, когда вывод истока замкнут со стоком (диодный режим) он превращается в диод с тонкой базой.

Как приведено на рис.3 в диодном режиме включения обратный ток вплоть до 10 В не

превышает 1нА, а в прямом направлении начиная с 0.7 В наблюдается резкий рост тока и при напряжении 0.9 В прямой ток достигает 9.75 мА.

и * , В

обр'

-т— -8

-6 -4

-2

I , тА

пр'

15 12 9 6 3 ••0

и , В

пр

К , ткА

обр

1ф, мкА

321-

1

Ф, лк

1000 2000 3000 4000

Рис. 3. Вольтамперная характеристика р-п-перехода затвора

Соответственно, в режиме запирания канала столь незначительный обратный ток перехода затвор-исток практически не будет оказывать влияния на генерируемый от подсветки канала фототок.

Как показали исследования, в режиме короткого замыкания, когда выводы затвора и истока закорочены на амперметр с повышением интенсивности освещения канала от галогенной лампы фототок увеличивается близко к линейному, рис.4, кривая 1. При этом в режиме запирания

Рис. 4. Зависимости фототока от интенсивности освещения в режиме короткого замыкания и запирании канала напряжением сток-затвор

канала напряжением сток-затвор имеем в два раза больший фототок (кривая 2).

Что касается падения напряжения, то его величина с увеличением интенсивности освещения вначале при малых интенсивностях освещения существенно уменьшается, и далее нелинейно уменьшаясь, зависимость ослабляется. На первом участке чувствительность составляет 0.00025 В/лк, а на участке 1000-2000 лк фоточувствительность на порядок меньше и равна 0.00002 В/лк.

2

4

0

0

0

и , В

зи

0,92 0,90 0,88 0,86 0,84 0,82 0,80

0

1000 2000 3000 4000 Ф, лк

Рис. 5. Зависимости падения напряжения на переходе затвор-исток от освещенности в режиме запирания канала напряжением сток-затвор

Чувствительность падения напряжения на переходе исток-затвор к освещенности обусловлено следующим. Так, освещение канала п-типа квантами с энергией большей ширины запрещенной зоны приводит к генерации неравновесных электронно-дырочных пар, а увеличение интенсивности освещения к уменьшению контактной разности потенциалов p-п-перехода

Uф = К 1п_Пп.

e

n + n

ф

(2.12)

n

Ф

где ^ - концентрация дырок, генерируемых фотонами при освещении n-области.

В свою очередь фототок, возникающий на переходе исток-затвор, уменьшает его сопротивление, что приводит к уменьшению падающего напряжения по сравнению с темновым.

Таким образом, полевой фототранзистор в режиме отсечки канала можно использовать для измерения интенсивности светового излучения.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.М.Андреев, В.Р.Ларионов, И.В.Ловыгин, Д.А.Малевский, М.Я.Масленков, В.Д.Румянцев, М.З.Шварц. Создание комплекса методик и средств для исследования наногетероструктурных солнечных элементов. http://technoexan.ru/articles/article3_photovoltaika.pd f

2. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов: учеб. пособие. — М.: Логос, 2007. —248 с.: ил.

3. Бабичев Г.Г., Козловский С.И., Романов В.А., Шаран Н.Н. Кремниевые двухстоковые полевые тензотранзисторы. Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 10. С. 45-49.

4. Karimov A.V., Yodgorova D.M., Kamanov B.M., Djurayev D.R., Turayev A.A. Features amplifying properties of a field effect transistor in the circuit with dynamic load // Physical Surface Engineering, 2015. - V. 13, No. 1. - PP. 12-16.

5. Patent RU number the IAP 05120 "Multi-sensor-based field effect transistor" // A.V. Karimov, Yodgorova D.M., Abdulkhaev O.A., Dzhurayev D.R., Turaev A.A. Bull., №11 from 11.30.2015.

6. Karimov A.V., Bakhronov Sh.N. The thermoelectric converter//Technical Physics Letters. 25, 101-102 (1999).

7. Д.Р.Джураев, А.В.Каримов, Д.М.Ёдгорова, О.А.Абдулхаев, А.А.Тураев, Научный журнал "Физика полпроводников и микроэлектроника" 1(01)2019.с.45-47.

8. D.R.Djuraev, A.A.Turaev. Photoelectric sensitivity of multifunctional sensor on the outdoor transistor. Scientific reports of Bukhara State University 3(23)2018. с.7-11.

9. A.V. Karimov, D.R. Djuraev, O.A. Abdulhaev, A.Z. Rahmatov, D.M. Yodgorova, A.A.Turaev. Tenso properties of field-effect transistors in channel cutoff mode. International Journal of Engineering Inventions Volume 5, Issue 9 [Oct. 2016] PP: 42-44.

10. O.A.Abdulkhayev, D.R.Dzhurayev, D.M.Yodgorova, A.V.Karimov, A.Z.Rakhmatov, A.A.Turaev. Physico-technological aspects multifunctional sensor on field-effect transistor. New Trends of Development Fundamental and Applied Physics: Problems, Achievements and Prospects 10-11 November 2016, Tashkent, Uzbekistan. PP: 231-234.

11. A.V. Karimov, D.R.Djuraev, A.A.Turaev. Investigation temperature sensitivity of the field-effect transistor in channel depletion mode. Journal of Scientific and Engineering Research, 2017, 4(2):1-4.

12. А.А.Тураев. Особенности температурной чувствии-тельности транзисторной структуры в двухполюсном режиме. Colloquium-journal. Arhitecture Technical science Physics and Mathematics № 3(27) 2019. p.71-75.

ОДНА ЗАДАЧА ПАРАБОЛИЧЕСКОГО ТИПА С ДИВЕРГЕНТНОЙ ГЛАВНОЙ ЧАСТЬЮ

Маматов Алишер Зулунович

доктор технических наук, профессор Ташкентского института текстильной и лёгкой промышленности, Узбекистан Досанов Муртозоцул Саидазимович Преподаватель ГулДУ, Узбекистан Рахмонов Жамшид Турдалиевич Преподаватель ГулДУ, Узбекистан Турдибоев Дилшод Хамидович PhD, старший преподаватель, ГулДУ Узбекистан

ONE PROBLEM OF A PARABOLIC TYPE WITH DIVERGENT MAIN PART

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрена одна задача параболического типа с дивергентной главной частью на плоскости, когда граничное условие содержит производную по времени от искомой функции. Построено