Пороговое напряжение. 
Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники

Пороговое напряжение ГПТ может быть определено так же, как в МДПТ (см. параграф Ш. 2.4). Различие состоит в том, что подзатворный диэлектрик (обедненный слой n⁺-Al_xGa, _xAs) содержит положительный заряд доноров, поверхностный заряд на границе диэлектрик—канал практически отсутствует, а зависимость плотности электронов в канале от положения квазиуровня Ферми линейна (VIII.1.13).

Согласно энергетической диаграмме на рис. VIII.2.2 напряжение затвор—исток (без учета сиейсера) может быть представлено в виде.

где при е, = е₂ = е.

— напряженность поля в диэлектрике. По теореме Гаусса граничное значение поля ?(-<:/,) составляет.

Плотность поверхностного заряда Q_sM в металлическом электроде затвора может быть найдена из уравнения общей электронейтральности структуры.

где (2_Х2 ^{= е}^2² ~ поверхностная плотность заряда в слое n⁺-Al_xGa_{| x}As. Как отмечалось в параграфе VIII.1.3, поверхностной плотностью заряда Q_sl в слое г'-GaAs можно пренебречь. При этом из (VIII.2.3) и (VIII.2.4) получаем.

Подстановка этого соотношения в (VIII.2.3) и затем в (VIII.2.1) даст.

Используя зависимость (VIII.1.13), связывающую величину (рр с поверхностной плотностью заряда электронов в канале Q_sn, из (VIII.2.6) получаем где

— пороговое напряжение ГПТ (при V_gs < V_t транзистор закрыт: Q_sn = 0);

— удельная (на единицу площади канала) емкость затворканал,.

— напряжение перекрытия слоя n⁺-Al_xGa_{1 x}As.

Нужная величина порогового напряжения может быть обеспечена соответствующим выбором толщины и степени легирования слоя w⁺-Al_xGa_{1 x}As (т.е. величины V_p2). Практически подгонка порогового напряжения осуществляется стравливанием с поверхности кристалла контактного слоя и' -GaAs и части слоя «⁺-Al_xGa_|__xAs (см. рис. VII1.2.1). Таким способом можно создавать как норма.4ьно открытые, так и нормально закрытые ГПТ.

Интересно отметить, что в соответствии с (VIII.2.9) эффективная толщина подзатворного диэлектрика составляет d_ef =d₂ + Ad, что является следствием линейной зависимости ср_F(ⁿs) (VIII. 1.13) в структуре с ДЭГ. Избыточную толщину Ad можно трактовать как эффективную толщину ДЭГ.