Khi õoù (1.12) trồớ thaỡnh: (1.15) ( ) kTEE c fc eNn / = Tổồng tổỷ: (1.16) ( ) kTEE v vf eNp / = 2/3 2 2 2 = h kTm N p v Vồùi ì ì = GaAsfor )300/(107 for )300/(1004.1 32/318 32/319 cmT SicmT (1.17) m p * laỡ khọỳi lổồỹng hióỷu duỷng cuớa lọự trọỳng. Caùc phổồng trỗnh (1.15) vaỡ (1.16) coù hióỷu lổỷc cho caớ baùn dỏựn thuỏửn vaỡ pha taỷp, chố thay E F bũng E I cho trổồỡng hồỹp baùn dỏựn thuỏửn. Nóỳu caùc haỷt taới phỏn bọỳ õóửu, mỏỷt õọỹ doỡng õióỷn do sổỷ dởch chuyóứn cuớa caùc õióỷn tổớ vồùi vỏỷn tọỳc trung bỗnh theo mọỹt hổồùng naỡo õoù (chúng haỷn hổồùng x ) laỡ: n v (1.18) nn vqnJ = Nóỳu caùc haỷt taới phỏn bọỳ khọng õóửu thỗ coỡn coù thóm thaỡnh phỏửn doỡng khuóỳch taùn: (1.19) dx dn qDvqnJ nnn )(= Trong õoù D laỡ hóỷ sọỳ khuóỳch taùn cuớa haỷt taới. Sọỳ haỷng thổù nhỏỳt õổồỹc goỹi laỡ doỡng trọi (drift), tyớ lóỷ vồùi cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng E do vỏỷn tọỳc trung bỗnh cuớa caùc haỷt taới tyớ lóỷ vồùi cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng E vồùi hóỷ sọỳ tyớ lóỷ à, õổồc goỹi laỡ õọỹ linh õọỹng: [ ] sVEv ./cm ; 2 àà = (1.20) Vồùi õióỷn tổớ: ,vồùi lọự trọỳng: Ev nn à = Ev pp à = 9 ọỹ linh õọỹng cuớa haỷt taới phuỷ thuọỹc vaỡo nọửng õọỹ haỷt taới vaỡ vaỡo nhióỷt õọỹ. Noùi chung õọỹ linh õọỹng cuớa õióỷn tổớ lồùn hồn õọỹ linh õọỹng cuớa lọự trọỳng. Vồùi Si, ồớ nhióỷt õọỹ 20 o C, à n = 1900 cm 2 /(V.s) vaỡ à p = 425 cm 2 /(V.s). Quan hóỷ (1.20) õuùng vồùi cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng khọng quaù lồùn (thổồỡng nhoớ hồn 0.2V/cm). Vồùi õióỷn trổồỡng lồùn hồn, õọỹ linh õọỹng tng chỏỷm theo cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng vaỡ tióỳn tồùi giaù trở baợo hoỡa. Doỡng õióỷn tọứng cọỹng do caớ hai loaỷi haỷt taới laỡ: J =J n + J p (1.21) Tổỡ (1.19) dóự thỏỳy rũng õọỹ dỏựn õióỷn: = q(n à n + pà p ) (1.22) Hóỷ sọỳ khuóỳch taùn trong (1.19) quan hóỷ vồùi õọỹ linh õọỹng theo hóỷ thổùc Einstein (1.23) à q kT D = 10 §1.4 Cạc âån vë cå såí ca mảch têch håüp Cạc âån vë cå såí ca Si-based Ics l MOSFET v BJT, v ca GaAs-based ICs l MESFET. Mäüt ỉïng dủng quan trng ca cạc tiãúp xục pn trong chãú tảo IC l dng âãø cạch ly vãư âiãûn cho nhiãưu loải pháưn tỉí têch cỉûc. Våïi mủc âêch âọ cạc tiãúp xục pn phi âỉåüc ạp âàût thãú phán cỉûc ngỉåüc hồûc bàòng khäng. ÅÍ chãú âäü ny chiãưu cao ro thãú s tàng khi tàng näưng âäü pha tảp. Cạc transistor cọ thãø âỉåüc dng nhỉ cạc pháưn tỉí khúch âải hồûc chuøn mảch. Trong cáúu trục ba låïp ca BJT-transistor, låïp base (låïp giỉỵa) ráút mng v âỉåüc pha tảp êt hån so våïi emitter v collector. Vç váûy mäüt dng base ráút nh s gáy ra mäüt dng emitter-collector låïn hån nhiãưu. Mäüt BJT cạ ch ly âiãøn hçnh dng cho cạc mảch têch håüp âỉåüc mä t åí hçnh (1.2). Hçnh 1.2 Mäüt âån vë npn-BJT cå bn dng cho IC. Vç c ba cỉûc âãưu phi åí trãn bãư màût ca chip, nãn dng collector phi chy qua mäüt âỉåìng dáùn cọ âiãûn tråí låïn trong váût liãûu pha tảp nhẻ n . Mäüt phỉång phạp chung âãø gim âiãûn tråí collector l dng mäüt låïp pha tảp mảnh (n+) ngay bãn dỉåïi collector. Låïp n+ ny âỉåüc gi l låïp ngáưm (buried layer). Âãø cạch 11 ly õồn vở BJT naỡy vồùi caùc õồn vở khaùc ngổồỡi ta duỡng lồùp õóỳ p õóứ taỷo ra caùc chuyóứn tióỳp pn caùch ly. Caùc BJT loaỷi npn õổồỹc duỡng nhióửu vỗ cọng nghóỷ chóỳ taỷo õồn giaớn hồn so vồùi pnp-BJT. Transistor trổồỡng (FET) dổỷa trón cọng nghóỷ MOS chióỳm ổu thóỳ trong cọng nghóỷ IC, õỷc bióỷt cho caùc IC logic. MOSFET coù thóứ laỡ kónh n hoỷc kónh p tuỡy thuọỹc vaỡo haỷt taới cho sổỷ dỏựn õióỷn laỡ n hay p. Vỗ õọỹ linh õọỹng cuớa õióỷn tổớ cao hồn nhióửu so vồùi lọự trọng nón MOSFET kónh n õổồỹc duỡng nhióửu hồn. Mọỹt lión hồỹp coù tờnh luỏn chuyóứn cuớa NMOS vaỡ PMOS õổồỹc goỹi laỡ CMOS (complimentary MOS), hỗnh ( ). Hỗnh 1.3 Cỏỳu hỗnh CMOS õồn giaớn Do khoù khn trong cọng nghóỷ chóỳ taỷo cỏỳu truùc MOS cho GaAs nón MESFET laỡ cỏỳu truùc cồ sồớ cho IC trón cồ sồớ GaAs. Tuy nhión caùc MESFET-IC trón cồ sồớ GaAs coù tọỳc õọỹ cao, mỏỷt õọỹ tờch hồỹp cao vaỡ õọỹ rọỹng vuỡ ng cỏỳm lồùn. Mọỹt cỏỳu truùc õồn giaớn cuớa MESFET trón cồ sồớ GaAs õổồỹc mọ taớ ồớ hỗnh (). MESFET hoaỷt õọỹng vồùi gate Schottky phỏn cổỷc ngổồỹc vaỡ caùc tióỳp xuùc Ohmic cho drain vaỡ source. óỳ laỡ GaAs baùn õióỷn mọi do pha taỷp thờch hồỹp, chúng haỷn Cl, sao cho mổùc Fermi õổồỹc ghim ồớ gỏửn giổợa vuỡng cỏỳm (do õoù õióỷn trồớ lồùn). 12 §1.5 Mäüt säú cå såí váût lyï linh kiãûn baïn dáùn Nồng độ hạt tải vượt trội tại các bờ vùng điện tích không gian: () ( ) 1 / 0 −=−=∆ kTqV nenenn eppxpp ( ) ( ) 1 / 0 −=−−=∆ kTqV pepepp ennxnn 13 Phương trình Shockley A L nqD L pqD I n pen p nep ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +=∆ 0 () ( ) 2/12/1 , nnnppp DLDL ττ == Dưới thế phân cực ngược (C-B), dòng ngược từ n to p chỉ phụ thuộc vào tốc độ tiêm lỗ trống p được điều khiển bởi chuyển tiếp pn (Emitter- Base) phân cực thuận. → Good pnp Transistor cần gần như toàn bộ lỗ trống tiêm từ Emitter vào Base phải được góp vào Collector. → Base cần đủ mỏng sao cho neutral length của Base W b nhỏ hơn nhiều so với quãng đường khuếch tán của lỗ trống (không xảy ra tái hợp trong vùng Base). Đồng thời dòng điện 14 tử từ Base đến Emitter phải nhỏ hơn nhiều so với dòng lỗ trống từ E đến B. →Pha tạp miền B thấp hơn miền E (p + n Emitter junction). Các đại lượng quyết định tính năng của một BJT: hiệu suất tiêm Emitter, hệ số truyền đạt dòng, hệ số khuếch đại dòng base-collector. α α β γα γ − =≡ ==≡ + ≡ 1 C CCC B EpEpE Ep E EpEn Ep I I I I I I I I I I II I • Chỉ cần giải phương trình trung hoà cho miền Base vì các dòng được xác định bởi đặc trưng của hạt tải trong 2 miền chuyển tiếp quanh Base. • Khi các thế phân cực lớn và Emitter pha tạp mạnh thì: ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = p b E p b C p b B L W aI L W aI L W aI coth csch 2 tanh 1 1 1 15 () 1, / 1 −=∆ ∆ = kTqV Bep p pp EB E E ep L qAD a L p là chiều dài khuếch tán trong miền Base và p Be là nồng độ lỗ trống cân bằng trong miền Base. • Ba yếu tố quan trọng: - Thế phân cực (số hạng exp(qV/kT) - Các dòng Emitter và Collector được xác định bởi gradient nồng độ hạt tải không cơ bản tại biên của chuyển tiếp. - Dòng Base bằng hiệu dòng Emitter và Collector Cấu trúc MIS: đặc biệt quan trọng cho digital ICs. 16 . (1. 12) trồớ thaỡnh: (1.15) ( ) kTEE c fc eNn / = Tổồng tổỷ: (1.16) ( ) kTEE v vf eNp / = 2/ 3 2 2 2 = h kTm N p v Vồùi ì ì = GaAsfor )300/(107 for )300/(1004.1 32/ 318 32/ 319 cmT SicmT . Vồùi Si, ồớ nhióỷt õọỹ 20 o C, à n = 1900 cm 2 /(V.s) vaỡ à p = 425 cm 2 /(V.s). Quan hóỷ (1 .20 ) õuùng vồùi cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng khọng quaù lồùn (thổồỡng nhoớ hồn 0.2V/cm). Vồùi õióỷn trổồỡng. J p (1 .21 ) Tổỡ (1.19) dóự thỏỳy rũng õọỹ dỏựn õióỷn: = q(n à n + pà p ) (1 .22 ) Hóỷ sọỳ khuóỳch taùn trong (1.19) quan hóỷ vồùi õọỹ linh õọỹng theo hóỷ thổùc Einstein (1 .23 ) à q kT D