Принцип работы полевого транзистора с индуцированным каналом

Содержание
  1. Классификация полевых транзисторов
  2. Лекция 12. Полевые транзисторы. Классификация, принцип действия, основные параметры, схемы включения и режимы работы
  3. 12.2. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом
  4. Часть 2. Полевой транзистор с изолированным затвором MOSFET
  5. Устройство МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом.
  6. Работа МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом N-типа.
  7. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора с индуцированным каналом.
  8. Устройство МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом.
  9. Работа МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом N-типа.
  10. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора со встроенным каналом.
  11. Преимущества и недостатки полевых транзисторов перед биполярными.
  12. Главные преимущества полевых транзисторов
  13. Главные недостатки полевых транзисторов

Классификация полевых транзисторов

Лекция 12. Полевые транзисторы. Классификация, принцип действия, основные параметры, схемы включения и режимы работы

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, ток в котором создаётся основными носителями зарядов (только электронами или только дырками). Заряды перемещаются в области, которая называется канал. Электрод, через который ток втекает в транзистор, называется исток (И). Прошедшие через канал заряды выходят из него через электрод, который называется сток (С). Движением зарядов управляет электрод, который называется затвор (З).

Классификация. В зависимости от типа проводимости канала различают полевые транзисторы с каналом типа p и типа n, а в зависимости от способа выполнения затвора – с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. Условное графическое обозначение полевых транзисторов представлено на рис. 12.1. Стрелка показывает направление от слоя p к слою n.

Тип затвора Канал n-типа Канал p-типа
С управляющим p-n переходом
С изолированным затвором и встроенным каналом
С изолированным затвором и индуцированным каналом

Рис. 12.1. Условное графическое обозначение полевых транзисторов

В 1926 году был открыт полевой эффект и указан его недостаток — поверхностные волны в металле не позволяли проникать полю затвора в канал. Однако в 1952 году Уильям Шокли исследовал влияние управляющего p-n перехода на ток в канале, а в 1959 году Джон Аталла и Дэвон Канг из Bell Labs изготовили полевой транзистор с изолированным затвором по технологии МОП металлический (Al) затвор, изолятор оксид кремния (SiO2) и канал-полупроводник (Si).

Система обозначений транзисторов была рассмотрена в лекции 6, и для полевых транзисторов, как и для биполярных, установлена отраслевым стандартом ОСТ 11336.919 – 81 и его последующими редакциями.

12.2. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом

Рассмотрим физические процессы, происходящие в полевом транзисторе с управляющим p-n переходом и каналом n-типа, схематичное изображение которого представлено на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом и каналом n-типа

Такая конструкция, в которой электроды расположены в одной плоскости, называется планарной. В исходном полупроводниковом материале методом диффузии создаётся легированная область n – канал. Затем на поверхности образуют сток, исток и затвор таким образом, что канал получается под затвором. Нижняя область исходного полупроводника – подложка – обычно соединяется с затвором. Исток подключают к общей точке источников питания, и напряжения на стоке и затворе измеряют относительно истока.

Изменение проводимости канала осуществляется изменением напряжения, прикладываемого к p-n переходам затвора и подложки. На рис. 12.3. представлены графики статических характеристик. Поскольку ток затвора не зависит от напряжения UЗИ, входная характеристика отсутствует. Вместо неё применяется сток — затворная характеристика передачи . Выходная характеристика – это зависимость тока стока от напряжения на стоке при фиксированном напряжении на затворе .

Рис. 12.3. Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n переходом

При UЗИ = 0 толщина p-n – переходов затвора и подложки минимальна, канал «широкий» и проводимость его наибольшая. Под действием напряжения UСИ по каналу будет проходить ток, создаваемый основными носителями зарядов – электронами. На участке напряжений от 0 до UСИ.НАС ток будет нарастать и достигнет величины IС.нач – начального тока стока. Дальнейшее увеличение напряжения на стоке повышает напряжённость поля в запорном слое p-n переходов затвора и подложки, но не увеличивает ток стока. Когда напряжение на стоке достигнет UСИ.макс, может наступить электрический пробой по цепи сток – затвор, что показывает вертикальная линия роста тока на выходной характеристике.

Если отрицательное напряжение на затворе увеличивать, то, в соответствии с эффектом Эрли, толщина p-n – переходов затвора и подложки начнёт увеличиваться за счёт канала, сечение канала будет уменьшаться. Ток стока будет ограничен на меньшем уровне. Если и дальше увеличивать отрицательное напряжение на затворе, то, при некоторой его величине, называемой напряжением отсечки UЗИотс, p-n переходы затвора и подложки сомкнутся и перекроют канал. Движение электронов в канале прекратится, ток стока будет равен нулю, и не будет зависеть от напряжения на стоке.

Следовательно, полевой транзистор с управляющим p-n–переходом до напряжения на стоке UСИ.НАС работает как регулируемое сопротивление, а на горизонтальных участках выходных характеристик может использоваться для усиления сигналов в режиме нагрузки.

Отличие полевых транзисторов с изолированным затвором состоит в том, что у них между металлическим затвором и полупроводником-каналом находится слой диэлектрика, в качестве которого используется слой двуокиси кремния SiO2, выращенный на поверхности кристалла кремния методом высокотемпературного окисления. Существуют два типа полевых транзисторов с изолированным затвором: с индуцированным каналом и с встроенным каналом.

Рассмотрим принцип действия полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа, упрощённая конструкция которого представлена на рис. 12.4.

Основой транзистора является подложка – пластина Si с проводимостью р типа и с высоким удельным сопротивлением. На поверхности подложки методом диффузии создаются две сильно легированные области с проводимостью n типа, не соединённые между собой. К ним подключают металлические контакты, которые будут выводами стока и истока. Поверхность пластины покрывают слоем SiO2, на который между стоком и истоком наносят слой металла – затвор. Подложку обычно электрически соединяют с истоком.

При UЗИ = 0, даже если между стоком и истоком приложено напряжение, транзистор закрыт, и в цепи стока протекает малый обратный ток p-n перехода между стоком и подложкой (рис. 12.4, а).

а) б)

Рис. 12.4. Конструкция и принцип действия полевого транзистора с индуцированным каналом:

а – при UЗИ = 0; б – при UЗИ > порогового значения

При подаче на затвор положительного относительно истока напряжения электрическое поле затвора через диэлектрик проникает на некоторую глубину в приконтактный слой полупроводника, выталкивая из него вглубь полупроводника основные носители зарядов (дырки) и притягивая электроны. При малых напряжениях UЗИ под затвором возникает обеднённый основными носителями зарядов слой и область объёмного заряда, состоящего из ионизированных атомов примеси.

При дальнейшем увеличении положительного напряжения на затворе в поверхностном слое полупроводника происходит инверсия электропроводности (рис. 12.4, б). Образуется тонкий инверсный слой – канал – соединяющий сток с истоком. Напряжение на затворе, при котором образуется канал, называется пороговым напряжением.

Читайте также:  Почему телевизор самсунг перестал показывать цифровые каналы

Изменение напряжения на затворе вызывает изменение толщины и электропроводности канала, а, следовательно, и ток стока.

На рис. 12.5 представлены графики статических характеристик полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа.

Рис. 12.5. Графики статических характеристик полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа

Режим работы полевого транзистора, при котором канал обогащается носителями зарядов при увеличении напряжения на затворе, называется режимом обогащения.

Отсутствие тока стока при нулевом напряжении на затворе, а также одинаковая полярность напряжений UЗИ и UСИ у транзисторов с индуцированным каналом позволяет использовать их в экономичных цифровых микросхемах.

Рассмотрим теперь принцип действия полевого транзистора с встроенным каналом n-типа, упрощённая конструкция которого аналогична конструкции, представленной на рис. 12.4, б.

На стадии изготовления такого транзистора между областями стока и истока методом диффузии создаётся тонкий слаболегированный слой – канал – с таким же типом проводимости, как у стока и истока.

При UЗИ = 0, когда между стоком и истоком приложено напряжение, транзистор открыт, и в цепи стока протекает ток. Отрицательное напряжение, приложенное к затвору относительно истока, будет выталкивать электроны из канала и втягивать в канал дырки из подложки. Канал обедняется основными носителями зарядов, его толщина и электропроводность уменьшаются. При некотором отрицательном напряжении на затворе, называемом напряжением отсечки, канал закрывается, ток стока становится равным нулю.

Увеличение положительного напряжения на затворе вызывает приток электронов из подложки в канал. Канал обогащается носителями, ток стока возрастает.

Таким образом, транзистор с встроенным каналом может работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения.

На рис. 12.6 представлены графики статических характеристик полевого транзистора с встроенным каналом n-типа.

Рис. 12.6. Графики статических характеристик полевого транзистора с встроенным каналом n-типа

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9615 — | 7509 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Часть 2. Полевой транзистор с изолированным затвором MOSFET

Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор, затвор которого электрически изолирован от проводящего канала полупроводника слоем диэлектрика. Благодаря этому, у транзистора очень высокое входное сопротивление (у некоторых моделей оно достигает 10 17 Ом).

Принцип работы этого типа полевого транзистора, как и полевого транзистора с управляющим PN-переходом, основан на влиянии внешнего электрического поля на проводимость прибора.

В соответствии со своей физической структурой, полевой транзистор с изолированным затвором носит название МОП-транзистор (Металл-Оксид-Полупроводник), или МДП-транзистор (Металл-Диэлектрик-Полупроводник). Международное название прибора – MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).

МДП-транзисторы делятся на два типа – со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В каждом из типов есть транзисторы с N–каналом и P-каналом.

Устройство МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом.

На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с N-каналом) созданы две зоны с повышенной электропроводностью N + -типа. Все это покрывается тонким слоем диэлектрика, обычно диоксида кремния SiO2. Сквозь диэлектрический слой проходят металлические выводы от областей N + -типа, называемые стоком и истоком. Над диэлектриком находится металлический слой затвора. Иногда от подложки также идет вывод, который закорачивают с истоком

Работа МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом N-типа.

Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае электрический ток не пойдет, поскольку между зонами N + находиться область P, не пропускающая электроны. Далее, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока Uзи, возникнет электрическое поле. Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.

Когда Uзи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок. Между стоком и истоком сформируется тонкий канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток Iси. Чем выше напряжение на затворе транзистора Uзи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока. Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения.

Принцип работы МДП-транзистора с каналом P–типа такой же, только на затвор нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора с индуцированным каналом.

ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором похожи на ВАХ полевого транзистора с управляющим PN-переходом. Как видно на графике а), вначале ток Iси растет прямопропорционально росту напряжения Uси. Этот участок называют омическая область (действует закон Ома), или область насыщения (канал транзистора насыщается носителями заряда ). Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток Iси практически не растет. Этот участок называют активная область.

Когда Uси превышает определенное пороговое значение (напряжение пробоя PN-перехода), структура полупроводника разрушается, и транзистор превращается в обычный проводник. Данный процесс не восстановим, и прибор приходит в негодность.

Устройство МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом.

Физическое устройство МДП-транзистора со встроенным каналом отличается от типа с индуцированным каналом наличием между стоком и истоком проводящего канала.

Работа МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом N-типа.

Подключим к транзистору напряжение между стоком и истоком Uси любой полярности. Оставим затвор отключенным (Uзи = 0). В результате через канал пойдет ток Iси, представляющий собой поток электронов.

Далее, подключим к затвору отрицательное напряжение относительно истока. В канале возникнет поперечное электрическое поле, которое начнет выталкивать электроны из зоны канала в сторону подложки. Количество электронов в канале уменьшиться, его сопротивление увеличится, и ток Iси уменьшиться. При повышении отрицательного напряжения на затворе, уменьшается сила тока. Такое состояние работы транзистора называется режимом обеднения.

Если подключить к затвору положительное напряжение, возникшее электрическое поле будет притягивать электроны из областей стока, истока и подложки. Канал расшириться, его проводимость повыситься, и ток Iси увеличиться. Транзистор войдет в режим обогащения.

Как мы видим, МДП-транзистор со встроенным каналом способен работать в двух режимах — в режиме обеднения и в режиме обогащения.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора со встроенным каналом.

Преимущества и недостатки полевых транзисторов перед биполярными.

Полевые транзисторы практически вытеснили биполярные в ряде применений. Самое широкое распространение они получили в интегральных схемах в качестве ключей (электронных переключателей)

Главные преимущества полевых транзисторов

  • Благодаря очень высокому входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов расходует крайне мало энергии, так как практически не потребляет входного тока.
  • Усиление по току у полевых транзисторов намного выше, чем у биполярных.
  • Значительно выше помехоустойчивость и надежность работы, поскольку из-за отсутствия тока через затвор транзистора, управляющая цепь со стороны затвора изолирована от выходной цепи со стороны стока и истока.
  • У полевых транзисторов на порядок выше скорость перехода между состояниями проводимости и непроводимости тока. Поэтому они могут работать на более высоких частотах, чем биполярные.
Читайте также:  Как ставить вкладыши замок к замку

Главные недостатки полевых транзисторов

  • У полевых транзисторов большее падение напряжения из-за высокого сопротивления между стоком и истоком, когда прибор находится в открытом состоянии.
  • Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при меньшей температуре (150С), чем структура биполярных транзисторов (200С).
  • Несмотря на то, что полевые транзисторы потребляют намного меньше энергии, по сравнению с биполярными транзисторами, при работе на высоких частотах ситуация кардинально меняется. На частотах выше, примерно, чем 1.5 GHz, потребление энергии у МОП-транзисторов начинает возрастать по экспоненте. Поэтому скорость процессоров перестала так стремительно расти, и их производители перешли на стратегию «многоядерности».

При изготовлении мощных МОП-транзисторов, в их структуре возникает «паразитный» биполярный транзистор. Для того, чтобы нейтрализовать его влияние, подложку закорачивают с истоком. Это эквивалентно закорачиванию базы и эмиттера паразитного транзистора. В результате напряжение между базой и эмиттером биполярного транзистора никогда на достигнет необходимого, чтобы он открылся (около 0.6В необходимо, чтобы PN-переход внутри прибора начал проводить).

Однако, при быстром скачке напряжения между стоком и истоком полевого транзистора, паразитный транзистор может случайно открыться, в результате чего, вся схема может выйти из строя.

Важнейшим недостатком полевых транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству. Поскольку изоляционный слой диэлектрика на затворе чрезвычайно тонкий, иногда даже относительно невысокого напряжения бывает достаточно, чтоб его разрушить. А разряды статического электричества, присутствующего практически в каждой среде, могут достигать несколько тысяч вольт.

Поэтому внешние корпуса полевых транзисторов стараются создавать таким образом, чтоб минимизировать возможность возникновения нежелательного напряжения между электродами прибора. Одним из таких методов является закорачивание истока с подложкой и их заземление. Также в некоторых моделях используют специально встроенный диод между стоком и истоком. При работе с интегральными схемами (чипами), состоящими преимущественно из полевых транзисторов, желательно использовать заземленные антистатические браслеты. При транспортировке интегральных схем используют вакуумные антистатические упаковки

Полевой транзистор с изолированным затвором (МДП-транзистор) – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.

Аббревиатура МДП обозначает структуру металл-диэлектрик-полупроводник. Очень часто в качестве диэлектрика используется окисел (в частности, двуокись кремния SiO2), поэтому в литературе нередко встречается термин МОП-транзистор (металл-окисел-полупроводник).

Электропроводность канала может быть как n-, так и p-типа.

Структуры полевых транзисторов с изолированным затвором показаны на рис.3.

Рис. 3. Структуры полевых транзисторов с изолированным затвором (p-каналом)

а) с индуцированным каналом; б) со встроенным каналом

В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением (то есть слаболегированного), который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным типом электропроводности. На эти области нанесены металлические электроды – исток и сток. Расстояние между сильнолегированными областями истока и стока может составлять всего несколько микрон. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO2, выращенный на поверхности кристалла кремния путем высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод – затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника.

Существуют две разновидности МДП-транзисторов: со встроенным (собственным) и с индуцированным каналом.

В МДП-транзисторах с индуцированным каналом (рис. 3, а) проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определенной полярности и при определенном значении напряжения на затворе относительно истока (UЗИпор), которое называют пороговым напряжением.

В МДП-транзисторах со встроенным каналом (рис. 3, б) у поверхности полупроводника под затвором при нулевом напряжении на затворе относительно истока существует инверсный слой (о том, что это такое — несколько позже) – канал, который соединяет исток со стоком.

Изображенные на рис. 3 структуры полевых транзисторов с изолированным затвором имеют подложку с электропроводностью n-типа. Поэтому сильнолегированные области под истоком и стоком, а также индуцированный и встроенный канал имеют электропроводность p-типа. Если же аналогичные транзисторы созданы на подложке с проводимостью p-типа, то канал у них будет иметь электропроводность n-типа.

Устройство и принцип действия МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Кристаллическая пластинка слаболегированного кремния n— или p-типа, являющаяся основой для изготовления транзистора, называется подложкой. В теле подложки создаются две сильнолегированные области с противоположными типами электропроводности. Одна из этих областей используется как исток И, другая – как сток С. Электрод затвора З изолирован от полупроводниковой области тонким слоем двуокиси кремния. Исток, сток и подложка имеют омические контакты с соответствующими полупроводниковыми областями и снабжаются выводами (рис.4). Подложку обычно соединяют с истоком. Так как высоколегированные p-области истока и стока с полупроводником образуют p-n переходы, то при любой полярности напряжения на стоке относительно истока один из этих p-n переходов оказывается включенным в обратном направлении и препятствует протеканию тока IС.

Рис.4. Устройство МДП-транзистора с индуцированным (а) и встроенным каналом (б).

Таким образом, в исходном состоянии токопроводящий канал между истоком и стоком в приборе отсутствует.

При подаче отрицательного напряжения на затвор электрическое поле затвора через диэлектрик SiO2 проникает на некоторую глубину в приконтактный слой подложки, выталкивает из него основные носители заряда (электроны) и притягивает неосновные носители (дырки), то есть вызывает обеднение приконтактного слоя электронами проводимости и обогащение его дырками. При некотором отрицательном напряжении на затворе, называемом пороговым напряжением затвора UЗИпор, в приконтактном поверхностном слое подложки начинается смена типа электропроводности с электронной на дырочную (рис.5,а), при этом инверсный слой (индуцированный канал) и подложка разделяются обедненным слоем, который представляет собой не что иное, как запирающий слой обычного p-n перехода (рис. 3,б). При дальнейшем увеличении отрицательного напряжения на затворе в подложке индуцируется токопроводящий канал p-типа, соединяющий исток со стоком (рис.5,б).

Смена одного типа проводимости на другую под действием сил электрического поля называют инверсией электропроводности.

Увеличение отрицательного напряжения на затворе приводит к увеличению толщины канала и концентрации дырок в нем, что вызывает увеличение проводимости канала в целом.

Ðèñ. 5. МДП-транзистор с индуцированным каналом.

а – пороговый режим; б – образование индуцированного канала

Согласно этому принципу транзисторы с управляющим p-n переходом, у которых увеличение напряжения затвора приводит к сужению канала и его ликвидации, работают в режиме обеднения.

Так как возникновение и увеличение проводимости канала связано с его обогащением подвижными носителями заряда (дырками), то считают, что транзисторы подобного тип работают в режиме обогащения.

Читайте также:  Вывод формул преобразования из треугольника в звезду

Выходные статические характеристики. На рис. 6,а показано семейство статических выходных (стоковых) характеристик МДП-транзистора с индуцированным каналом p-òèïà IC =  (UСИ) при UЗИ = const и UЗИ  UСИпор.

При малых значениях UСИ ток стока изменяется прямо пропорционально напряжению (участок АБ на рис. 6,а). Тангенс угла наклона этого участка прямо пропорционален проводимости открытого канала. В работающем транзисторе по каналу течет ток IКIС (он обусловлен дрейфом дырок от истока к стоку), поэтому напряжение между затвором и каналом в различных поперечных сечениях канала оказывается неодинаковым, а изменяется от UЗИ вблизи истока до UЗИUСИ вблизи стока. Из-за этого различной оказывается и толщина индуцированного канала: она больше вблизи истока и меньше вблизи стока.

При напряжении насыщения UСИнас происходит перекрытие канала около стока, и дальнейшее увеличение напряжения на стоке вызывает очень малое увеличение тока стока.

При увеличении напряжения на затворе (по абсолютному значению) выходные характеристики смещаются в область бóльших токов стока (см. рис. 6, а), что легко понять на основе принципа действия МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Рис. 6. Статические стоковые (а) и стоко-затворные (б) характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом p-типа.

При больших напряжениях на стоке может произойти пробой МДП-транзистора, при этом может быть два вида пробоя – пробой pn перехода под стоком и пробой диэлектрика под затвором.

Пробой pn перехода имеет лавинный характер, так как МДП-транзисторы изготовляют обычно из кремния. При этом на пробивное напряжение UСИпроб может влиять напряжение на затворе: так как на сток и на затвор МДП-транзистора с индуцированным каналом подаются потенциалы одной полярности, то с увеличением напряжения на затворе будет увеличиваться UСИпроб (см. рис 6, а)

Пробой диэлектрика под затвором может происходить при напряжении на затворе всего в несколько десятков вольт, так как толщина слоя двуокиси кремния около 0,1 мкм. Этот вид пробоя может возникать в результате накопления статических зарядов, так как входное сопротивление МДП-транзистора велико. Для исключения возможности такого вида пробоя вход МДП-транзистора часто защищают стабилитроном, ограничивающим напряжение на затворе.

Статические характеристики передачи представляют собой зависимости IС = UÇÈ при UСИ = const. Характеристики для разных напряжений на стоке выходят из точки на оси абсцисс, соответствующей пороговому напряжению UЗИпор (см. рис. 6,б). С увеличением напряжения на стоке при неизменном напряжении на затворе ток стока возрастает даже в пологой части статических выходных характеристик (см. рис. 6,а). Это приводит к смещению характеристик передачи вверх в выбранной системе координат.

Устройство и принцип действия МДП-транзистора со встроенным каналом.

У этого типа транзистора токопроводящий канал (рис. 3,б) создают ("встраивают") технологическим путем в виде тонкого слаболегированного полупроводникового слоя, соединяющего исток со стоком. В зависимости от электропроводности подложки канал может быть сделан как n-, òàê è p-òèïà.

Во встроенном канале ток стока протекает при нулевом напряжении на затворе. Отрицательное напряжение, приложенное к затвору относительно истока и подложки, будет притягивать из подложки дырки и удалять из встроенного канала электроны, то есть будет создавать обеднение канала основными носителями и вызывать уменьшение его общей проводимости. При некотором пороговом напряжении UЗИпор канал меняет электропроводность с электронной на дырочную и перестает существовать как таковой, то есть IСIК = 0. При положительном напряжении на затворе канал будет обогащаться основными носителями заряда (электронами) и его общая проводимость будет увеличиваться.

Все остальные процессы в канале ничем не отличаются от процессов, происходящих в индуцированном канале.

Если в исходном состоянии канал открыт, то увеличение положительного напряжения стока вызывает увеличение тока стока и распределенного вдоль канала положительного напряжения UСИ > 0. При определенном напряжении стока UСИнас происходит полное обеднение и условное перекрытие стокового участка канала, то есть наступает режим насыщения. Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n-òèïà изображены на рис. 5. (*****)

В связи с трудностями технологического характера МДП-транзистора со встроенным каналом в настоящее время пока не нашли широкого применения.

У МДП-транзисторов всех типов потенциал подложки относительно истока оказывает заметное влияние на вольтамперные характеристики и, следовательно, на параметры транзистора. По своему воздействию на проводимость канала положка может выполнять функцию второго затвора. Несмотря на слабое управляющее действие подложки (второго затвора) это свойства используется в ряде схем. При этом напряжение на подложке относительно истока должно иметь такую полярность, чтобы pn переход исток–подложка был включен в обратном направлении, что приводит к его расширению и вызывает уменьшение исходной проводимости и тока насыщения канала.

Далее идет материал для Пособия и в лекцию не включается.

Эквивалентная схема полевого транзистора по переменному току

Эквивалентная схема полевого транзистора по переменному току приведена на рис. 5, а. Активные свойства транзистора учтены с помощью генератора тока – Suзи , зашунтированного внутренним дифференциальным сопротивлением прибора Ri .

Сопротивления rи и rс представляют собой сопротивления участков полупроводника, заключенного между контактом соответствующего электрода и областью канала. Эти сопротивления относительно малы и на эквивалентной схеме условно показаны штриховыми линиями. Затвор можно изобразить в виде двух резисторов Rзи и Rзс , имеющих большие сопротивления и отражающих сопротивления утечки затвора. На рис. 5, а они изображены штриховыми линиями, так как их шунтирующим действием можно пренебречь. Емкость Сз – это распределенная по каналу между истоком и затвором емкость затвора. Она включена последовательно с усредненным сопротивлением канала Rк.ср = Rк/2 , где Rк – сопротивление канала.

В полевых транзисторах с подложкой емкость Сз замыкается на подложку через малое сопротивление поперечного сечения канала и большую емкость канал–подложка Сп  Сз, поэтому ее прямо соединяют с источником (через подложку, см. рис. 5, б).

Элемент Ссз – это распределенная по каналу емкость, соединяющая сток с затвором (то есть проходная емкость). С учетом распределения этой емкости вдоль канала, ее величину определяют СсзСсз/2.

Емкость Сси – это в основном емкость между стоком и заземленной подложкой.

Если опустить второстепенные элементы, не оказывающие существенного влияния на работу полевого транзистора, получим упрощенную эквивалентную схему, приведенную на рис. 5, б.

Важнейшим параметром полевого транзистора с изолированным затвором, отражающим его усилительные свойства, является крутизна характеристики S, которая представляет собой отношение изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при неизменном напряжении на стоке

Задание курсантам для самостоятельной учебной работы, список рекомендуемой литературы и методические указания

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock
detector