Полевые транзисторы (МДП (МОП) – транзисторы). По способу создания канала (с p- n переходом, встроенным и индуцированным каналом). Входные и выходные характеристики.

 

Полевые транзисторы (униполярные) - п/п приборы, в которых прохождение тока обусловлено дрейфом носителей заряда одного знака под действием продольного электрического поля.

С точки зрения носителя заряда их называют униполярные (одной полярности).

С точки зрения управления электрическим полем - полевыми.

ПТ содержит 3-и п/п области одного и того же типа проводимости, называемые истоком, каналом, стоком.

Движение носителей заряда начинается от истока в направлении стока по каналу, ширина которого зависит от приложенного напряжения к затвору, соответственно ПТ имеет при электрода Исток, Сток и Затвор.

Несколько определений:

Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, назы-

вается истоком.

Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называ-

ется стоком.

Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение,

создающее поперечное электрическое поле называется затвором.

Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между p-

n переходом, называется каналом полевого транзистора.

Полевой транзистор с управляющим переходом — полевой транзистор, у ко­торого затвор электрически отделен от канала закрытым p-n-переходом.

Структурная схема и схема включения полевого транзистора с л-каналом и управляющим р-n-переходом показаны на рис. 2

 В транзисторе с n-каналом основными носителями заряда в ка­нале являются электроны, которые движутся вдоль канала от ис­тока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом, образуя ток стока I_с. Между затвором и истоком приложено напря­жение, запирающее р-n-переход, образованный n-областью канала и р-областью

 

                       

 

Рис. 2 Структура (а) и схема включения полевого транзи­стора

с затвором в виде р—n-перехода (б):1,2 — области канала и затвора

соответственно; 3, 4, 5 — выводы исто­ка, стока и затвора соответственно

 

затвора. Таким образом, в полевом транзисторе с п-каналом полярности приложенных напряжений следующие: Uси>0, Uзи<0. В транзисторе с p-каналом основными носителями заряда являются дырки, которые движутся в направлении снижения по­тенциала, поэтому полярности приложенных напряжений должны быть иными: Uси<0,

Uзи>0.

 

 

      

 

                                 Рис. 3. Перекрытие канала в полевом транзисторе

 

 Рассмотрим более подробно работу полевого транзистора с п-каналом. Транзисторы с

 р-каналом работают аналогично.

 На рис. 3 показано, как происходит изменение поперечного сечения канала при подаче напряжения на электроды транзистора. При подаче запирающего напряжения на

р- n-переход между затво­ром и каналом (рис. 3, а) на границах канала возникает равно­мерный слой, обедненный носителями заряда и обладающий высоким удельным сопротивлением. Это приводит к уменьшению про­водящей ширины канала.

Напряжение, приложенное между стоком и истоком (рис. 3 б), приводит к появлению неравномерного обедненного слоя, так как разность потенциалов между затвором и каналом увеличивается в на­правлении от истока к стоку и наименьшее сечение канала расположено вблизи стока.

 Если одновременно подать напряжения Uси>0 и Uзи<0 (рис. 3, в), то толщина обедненного слоя, а следовательно, и се­чение канала будут определяться действием этих двух напряжений.

                   

                          Рис. 4. Вольт-амперные характеристики полевого транзи-стора:

                                                        а — выходные; б — передаточная

 

При этом минимальное сечение канала определяется их суммой. Когда суммарное напряжение достигает напряжения запирания:

 

                                                  U си+| U зи|= U зап

                                               

обедненные области смыкаются и сопротивление канала резко возрастает.

Вольт-амперные характеристики полевого транзистора при­ведены на рис. Здесь зависимости тока стока I_с от напряжения при постоянном напряжении за затворе Uзи определяют выходные, или стоковые, характеристики полевого транзистора (рис. 4, а). На начальном участке характеристик Uси+|Uзи|<Uзап ток стока I_свозрастает с увеличением Uси. При повышении напряжения сток — исток до Uси=Uзап-|Uзи| происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока I_с прекращается (участок насыщения). От­рицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряже-ния Uси и тока стока I_с. Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора.

Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-п-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя. По выходным характеристикам может быть построена пере­даточная характеристика I_с=f(Uзи) (рис. 4,6). На участке насыщения она практически не зависит от напряжения Uси. Входная характеристика полевого транзистора — зависимость тока утечки затвора I₃ от напряжения затвор — исток — обычно не ис­пользуется, так как при Uзи<0 р-n-переход между затвором и ка­налом закрыт и ток затвора очень мал (I₃ = 10^-8 /10^-9 А), поэтому во многих случаях его можно не принимать во внимание.

Транзистор со встроенным каналом.

 Основой такого транзистора является кристалл кремния p- или n-типа проводимости. Для транзистора с n-типом проводимости:

Uзи = 0; Ic1;

Uзи > 0; Ic2 > Ic1;

Uзи < 0; Ic3 < Ic1;

Uзи << 0; Ic4 = 0.

 Принцип действия.

 Под действием электрического поля между стоком и истоком через канал будут протекать

основные носители зарядов, т. е. будет существовать ток стока. При подаче на затвор положи-

тельного напряжения электроны как неосновные носители подложки будут притягиваться в

канал. Канал обогатится носителями заряда, и ток стока увеличится.

При подаче на затвор отрицательного напряжения электроны из канала будут уходить в

подложку, канал обеднится носителями зарядов, и ток стока уменьшится. При достаточно

больших напряжениях на затворе все носители заряда могут из канала уходить в подложку, и

ток стока станет равным нулю.

 Вывод: МОП – транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогаще-

ния, так и в режиме обеднения зарядов.

Транзисторы с индуцированным каналом.

Uз = 0; Ic1 = 0;

Uз < 0; Ic2 = 0;

Uз > 0; Ic3 > 0.

 

При напряжениях на затворе, равных или меньше нуля, канал отсутствует, и ток стока будет равен нулю. При положительных напряжениях на затворе электроны, как не основные носители заряда подложки p-типа, будут притягиваться к затвору, а дырки будут уходить вглубь подложки. В результате в тонком слое под затвором концентрация электронов превысит концентрацию дырок, т. е. в этом слое полупроводник поменяет тип своей проводимости. Образу-ется (индуцируется) канал, и в цепи стока потечёт ток.

 Вывод: МОП – транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обо

гащения.

МОП – транзисторы обладают бόльшим входным сопротивлением, чем транзисторы с управ-

ляемым переходом. Rвх = (10^13 ÷ 10^15) Ом.

Характеристики и параметры полевых транзисторов.

К основным характеристикам относятся:

Стокозатворная характеристика – это зависимость тока стока (Ic) от напряжения на за-

творе (Uси) для транзисторов с каналом n-типа.

 

Стоковая характеристика – это зависимость Ic от Uси при постоянном напряжении на

затворе. Ic = f (Uси) при Uзи = Const

 

 

Основные параметры:

1) Напряжение отсечки.

2) Крутизна стокозатворной характеристики. Она показывает, на сколько миллиампер изме-

нится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1В.

 

 

 

 

Внутреннее сопротивление (или выходное) полевого транзистора.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: