Полевые транзисторы с управляющим переходом металл—полупроводник
Полевые транзисторы с управляющим переходом металл—полупроводник (МЕП-транзисторы) находят применение в арсенид-галлиевых интегральных схемах, характеризующихся повышенным быстродействием, что обусловлено рядом преимуществ арсенида галлия по сравнению с кремнием. Арсенид галлия имеет более широкую запрещенную зону (ΔE3 =1,43 эВ), благодаря чему подложка может рассматриваться как диэлектрик (ρ ≈ 107...109 Ом*см). Подвижность электронов в слабых электрических полях в арсениде галлия примерно в 5 раз выше, чем в кремнии (μn ≈ 5*103 см2/В*с), а скорость насыщения в сильных полях больше примерно в 2,5 раза (Vнас ≈ 2*107 см/с). По некоторым параметрам арсенид галлия хуже кремния. Так, у него низкая подвижность дырок и малое время жизни неосновных носителей заряда, что затрудняет разработку биполярных транзисторов. Слишком высокая плотность поверхностных состояний не позволяет создавать на его основе МДП-транзисторы. Простейшая структура арсенид-галлиевого МЕП-транзистора показана на рис. 5.6.
Транзистор создается на подложке 1 из нелегированного арсенида галлия. У поверхности создаются области истока 2 и стока 3 n+-типа, а также тонкий слой 4 n-типа толщиной d0 – О,1...0,2 мкм с концентрацией примеси Nд 
1017 см-3. На поверхность подложки (над слоем 4) наносят металлический электрод затвора 5 в виде сплава титан—вольфрам. Металлические электроды 6 и 7 из сплава золото—германий образуют омические контакты к областям истока и стока. На поверхность подложки, не используемой для контактов, наносят слой диэлектрика 8. Металлический электрод затвора образует со слоем 4 выпрямляющий контакт-барьер Шотки. Толщина обедненного слоя 9 зависит от напряжения, подаваемого на затвор. Проводящий канал формируется между обедненным слоем 9 и подложкой 1. Принцип действия МЕП-транзистора заключается в том, что при изменении напряжения на затворе изменяется толщина проводящего канала, а следовательно, его проводимость и ток стока, то есть принцип действия практически не отличается от принципа действия транзистора с управляющим р-п-переходом. Для МЕП-транзистора справедливы соотношения, выведенные в предыдущем разделе. Существуют лишь количественные различия. Рассмотрим некоторые из них.
Напряжение отсечки у МЕП-транзистора может быть как положительным, так и отрицательным. Оно определяется формулой (5.3):
Например, при φк0 = 0,8 В, Nд = 10!7 см -3, έ = 13,1 и d0 = 0,2 мкм получаем иотс = -2 В, При d0 = 0,1 мкм и той же концентрации примесей иотс = 0,08 В. Практически величина иотс арсенид-галлиевых транзисторов может лежать в пределах от -2,5 до +0,2 В. Если иотс < 0, то при uзи = 0 канал является проводящим, и такой транзистор называют нормально открытым. Если иотс > 0, то при uзи = 0 канал перекрыт обедненным слоем, и транзистор называют нормально закрытым.
На рис. 5.7 приведены управляющие характеристики нормально открытого (1) и нормально закрытого (2) транзисторов, а также входная характеристика (3), показывающая зависимость тока затвора от напряжения uзи. Напряжение, подаваемое на затвор транзистора, не должно превышать 0,6 В с тем, чтобы в цепи затвора не появился нежелательный ток затвора.
