ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДАТЧИКА НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ (56-59)

56 Национальная ассоциация ученых (НАУ) # 57, 20 20
ФИЗИКО -МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

ФИЗИКО -ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДАТЧИКА НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Тураев А.А.
Бухарский государственный университе т,
г. Бухара, Узбекистан

В настоящее время внимание исследователей
обратилось к нетривиальным режимам включения
полевого и биполярного транзис торов. Оказалось,
что в случае создания варианта двухстокового
транзистора, у него усиливаются свойства
чувствит ельности к деформациям [1 -3].
Исполнение или же включение полевого
транзистора в виде двухтранзисторной ячейки с
последовательно соединенными ка налами
обеспечивает усиление постоянного и переменного
сигналов с высоким коэффициентом [2 -4]. Для
придания чувс твительности к внешним
возд ействиям полевому транзистору предлагается
включить его в режиме запирания канала
напряжением сток -затвор, а напряжен ие отсечки
выбрать в качестве измерительного параметра [5].
В на стоящем разделе приведены особенности
полевого транзистора в режиме запира ния канала
напряжением сток -затвор в качестве
многофункционального датчика, особенно, как
приемника солнечного излуче ния .
Исследуемый полевой транзистор.
Многофункциональный датчик изготовлен на
основе кремния. Для этого на под ложке кремния с
толщиной 20 0 мкм р -типа проводимости с
концентрацией носителей 1·10 см выращивался
эпитаксиальный слой n-типа проводимости с
кон центрацией носителей 2·10 см толщиной
0.7÷1.5 мкм (оптимальные значения которого
приведены в таблице 2). Затем через окна в маске
формировали контак тные области из напыленного
индия и серебра. Расстояние между сто ком и
истоком, то есть длина канала равнялась 1 50÷ 200
мкм. С тыльной стороны подложки формировали
сплошной контакт напылением индия и серебра.
Одной из конструктивно -технологических
особеннос тей 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 выбран а как можно тонкой. То есть не
200 мкм, что у нас имеется, а п орядка 100 мкм.
Основные критерии выбора параме тров
полевого транзистора
для многофункционального датчика
Как показано на фиг. 1 исследуемый полевой
транзистор с управляющим р -n-переходом
содержит низкоомную подложку первого типа с
нижним электродом затво ра, эпитаксиальный
(диффузионный) высокоомный с лой второго типа
со сформированными на ее поверхности
омическими контактными областями стока и
истока, между которыми располагается канал
(длино й ), толщина канала в раза больше
исходной т олщ ины обедненного слоя р +-n-
перехода. Эта толщина обеспечивает значение
напряжения отсечки канала в два раза большее
диффузионного потенциала .
Толщина обедненного слоя р +-n-перехода при
увеличении температуры или световом
воздействи и ( ) уменьшается. Подложка и
высокоомный слой могут быть как n - и р -типа или
наоборот. Датчик может быть изготовлен на осн ове + 19 3 15 3 L а 2 D отс U U 2= Ф Q,

Националь ная ассоциация ученых (НАУ) # 57, 20 20 57
германия, кремния, арсенида галлия или на основе
любых полупр оводников, в которых возможно
получен ие выпрямл яющего перехода.
Для получения оптимальной модуляции
канала под внешним воздействием, напряжение
отсечки выбирается из расчета . Как
приведено в таблице 1, при нулевом смещении
имеем толщ ину объемного заряда равную 0,65 мкм
с контактн ой разностью потенциалов 0.61 В. Тогда
для напряжения отсечки 0.61 В х2 =1.22 В или для
запирающего канал обратного напряжения U обр=0.6
В имеем толщину 0.90 мкм. То есть при
увеличении н апряжения в два раза область
объемног о заряда у величивается в раза, что
соответствует оптимальной толщине канала.
Таблица 1
Данные толщины слоя объемного заряда от обра тного напряжения
Uобр, В 0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,3 1,6
,мкм 0,65 0,70 0,74 0,83 0,90 0,97 1,04 1,13 1,22

Выбор толщины канала в пределах
толщины слоя объемного заряда р -n-перехода
обусловлен тем, что при бо льших толщинах
чувствительность полевого транзистора к внешним
воздействиям снизится, а при мен ьших значениях
появляется возможность образования гистерезиса в
ходе увеличения и уменьшения напряжения
отсечки при внешних воздействиях из -за различия
хода расш ирения и сужения области объемного
заряда вызываемого более рез ким уменьшением
концентрации нос ителей у границ ы р -n-перехода.
Физическая особенность
многофункционального датчика заключается в том,
что если в известном термочувствительном
полевом транзисто ре отрицательный
температурный коэффициент зависимости
проводим ости канала подавляется за счет выбора
концентр ации носителей вблизи точки перехода
температурной чувствительности подвижности от
высоких значений к низким [4 -6], то в нашем случае
наряду с тем пературной чувствительностью
необходимо обеспечить также
фоточу вствительность, чувствительность к
давлению. Эт и свойства можно обеспечить
включив полевой транзистор в режиме запирания
канала напряжением сток -затвор, когда с
повышением рабочего напряжения д о отсечки
канала падение напряжения на переходе исток -
затвор ли нейно возрастает, а затем после отсечки
приобре тает 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 был о
предложено в работе [3 -5] иден тифицируется ка к
измерительный параметр.
Исследование зависимости фототока от
светового излучения в режиме тока короткого
замыкания и отсечки канала
При подсв етке канала в области объемного
заряда перехода затвор – канал ге нерируются
электронно -дырочные пары, которые со здают
фототок на переходе исток -затвор, приводя к
уменьшению сопротивления этого перехода, что, в
свою очередь, приводит к уменьшению п адения
напряжения и к соответствующему увеличению
тока сток -затвор. Электр онная схема измерения
зависимости падения напря жения на переходе
исток -затвор от внешнего воздействия приведена
на рис. 2.

Рис. 2. Схема измерения падения напряж ения на п ереходе исток -затвор
в режиме запирания канала напряжением сто к-затвор

Как видно из рисунка относительно р абочего
напряжения переход затвор -канал, можно сказать,
включен в диодном режиме, или при подсветке он
действует аналогично фотодиоду. Одн ако
принц ипиально он существенно отличается от
фотодиода. Так, в предла гаемом рабочем режиме
запирания канала напряжен ие на переходе сток -
затвор в два и более раза больше, чем на переходе D отс U U 2= оозW 2 оозW 2

58 Национальная ассоциация ученых (НАУ) # 57, 20 20
исток -затвор. В случае, когда вывод истока замкнут
со стоком (диодны й 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.

Рис . 3. Вольтамперная характеристика p-n-
перехода затвора
Рис. 4. Зависимости фототока от
интенсивности освещения в режиме
короткого замыкания и запирании канала
напряжением сток -затвор
Соответствен но, 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, когд а выводы затвора и
истока закорочены на амперметр с повышением
интенсивности освещен ия канала от галогенной
лампы фототок увеличива ется близко к линейному,
рис.4, кривая 1. При этом в режиме запирания
канала напряжением сток -затвор имеем в два раза
больший фототок (кривая 2).
Чт о касается падения напряжения, то его
величина с увеличением интенсивности освещения
вначале при малых инте нсивностях освещения
существенно уменьшается, и далее нелинейно
уменьшаясь, зависимость ослабляется. На первом
участке чувст вительность составляет 0. 00025 В/лк,
а на участке 1000 -2000 лк фоточувствительность н а
порядок меньше и равна 0.00002 В/лк.

Рис. 5. Зависимости падения напряжения на переходе затвор -исток от освещенности в
режиме запирания кан ала напряжением сток -затв ор
-10 -8 -6 -4 -2 0
0
3
6
9
12
15
Uобр , В
Iобр , mкA
Iпр, mA
Uпр, В

0 1000 2000 3000 4000
0
1
2
3
4
Ф, лк
Iф, мкА
2
1 0 1000 2000 3000 4000
0,80
0,82
0,84
0,86
0,88
0,90
0,92
Uзи, В
Ф, лк

Националь ная ассоциация ученых (НАУ) # 57, 20 20 59
Чувствительность падения напряжения на
переходе исток -затвор к освещенности
обусловлено следующим. Т ак, освещение канала n-
типа квантами с энергией большей ширины
запрещенной зоны приводит к генерации
неравновесных электронно –дырочных пар, а
увеличени е интенсивности освещения к
уменьшению контактной разности потенциалов p-
n-перехода
, (2.12)
где – кон центрация дырок, генерируемых
фотонами при освещении n-области .
В свою очередь фототок, возникающий на
переходе исток -затвор, уменьшает его
сопротивлен ие, что приводит к уменьшению
падающего напряжения по срав нению с темновым.
Таким образом, полевой фототр анзистор в
режиме отсечки канала можно использовать для
измерения интенсивности светового излучения.

ЛИТЕРАТУ РА
1. В.М.Андреев, В.Р.Ларионов, И.В.Ловы гин,
Д.А.Малевский, М.Я.Масленков, В.Д.Румянцев,
М.З.Шварц. Создание комплекса методик и средств
для исслед ования наногетероструктурных
солнечных элементов.
http://technoexan.ru/articl es/article3_photovoltaika.pd
f
2. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико -
электронные приборы ориентации и навигации
космических аппаратов: у чеб. пособие. — М.:
Логос, 2007. —248 с.: ил.
3. Бабичев Г.Г., Козловский С.И., Романов
В.А., Шаран Н.Н. Кремниевые двухстоков ые
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
amplifyin g 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 tr ansistor" // A.V. Karimov,
Yodgorova D.M., Abdu lkhaev O.A., Dzhurayev D.R.,
Turaev A.A. Bull., №11 from 11.30.2015.
6. Karimo v A.V., Bakhronov Sh.N. The
thermoelectric converter//Technical Physics Letters.
25, 101 –102 (1999).
7. Д.Р.Джураев, А.В.Каримов, Д.М.Ёд горова,
О.А.Абдулхаев, А.А.Тураев, Научн ый журн ал
“Физика полпроводников и ми кроэлектроника”
1(01)2019.с.45 -47.
8. D.R.Djurae v, A.A.Turaev. Photoelectric
sensitivity of multifunctional sensor on the outdoor
transistor. Scientific repor ts of Bukhara State
University 3(23)20 18 . 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 transisto rs
in channel cutoff mode. International Journa l of
Engineering Inventions Volume 5, Issue 9 [Oct. 2016]
PP: 42 -44.
10. O.A.Ab dulkhayev, D.R.Dzhurayev,
D.M.Yodgorova, A.V.Karimov, A.Z.Rakhmatov,
A.A.Turaev. Physico -technological aspects multifunc -
tional senso r on field -effect transistor . New Trends of
Dev elopment Fundamental and App lied Physics:
Problems, Achievements and Prospec ts 10 -11
November 2016, Tashkent, Uzbekistan . PP: 231 -234.
11. A.V. Karimov, D.R.Djuraev, A.A.Turaev.
Investigation temperature sensitivi ty of the field -effect
transistor in channel de pletion mode. Journal of
Sci entific and Engineering Research , 2017, 4(2):1 -4.
12. А.А.Тураев. Особенности температурной
чувствии -тельности транзисторной структуры в
двухполюсном режиме. Colloquium -journal .
Arhite cture Technical science Physics and
Mathematics № 3(27) 2019. p.71 -75.

ОДНА ЗАДАЧА ПАРАБОЛИЧЕСКОГО ТИПА С ДИВЕРГЕНТНО Й ГЛАВНОЙ ЧАСТЬЮ

Маматов Алишер Зулунович
доктор технических наук, профессор
Ташкентского института текстильной
и лёгкой промышленнос ти , Узбекистан
Досанов Муртозо қул Саидазимович
Преподаватель ГулДУ, Узбекистан
Рахмонов Жамшид Турдалиевич
Преподаватель ГулДУ, Узбекистан
Турдибоев Дилшод Хамидович
PhD , старший п реподаватель,
ГулДУ Узбекистан

ONE PROBLEM OF A PARABOLIC TYPE WITH DIVERGE NT MAIN PART

АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрена од на задача параболического типа с дивергентной главной частью на плоскости,
когда граничное условие содержит производную по времени от искомой функции. Построено ф
n ф n n
n
e
kT U
+
= ln фn