Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Устройство и принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом
Полевым транзистором называется электропреобразовательный прибор, пригодный для усиления мощности, ток в котором переносится дрейфовым движением основных носителей заряда, а величина выходного тока регулируется электрическим полем, возникающим при подаче напряжения между затвором и истоком. Полевой транзистор с управляющим p - n переходом – это полевой транзистор, управление потоком основных носителей в котором происходит с помощью электронно-дырочного перехода, смещенного в обратном направлении. Для изготовления полевого транзистора с управляющим p-n переходом берется тонкая, слаболегированная пластинка кремниевого полупроводника (с высоким удельным сопротивлением ) n или p типа. На этой пластинке создают кольцевой электронно-дырочный переход. Тонкий слой полупроводника, ограниченный кольцеобразным p-n переходом, в котором регулируется поток носителей заряда, называется каналом. Наплавка (затвор) сильно легируется примесями. Полевой транзистор содержит один p-n переход и три вывода: исток, сток, затвор. Устройство полевого транзистора показано на рис. 1.
1 - p-n переход; 2 – затвор n+ - типа; 3 – наплавка (вывод затвора); 4 – канал p– типа.
Принцип действия полевых транзисторов с каналом n- или p- типов идентичен. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать работу полевых кремниевых транзисторов с управляющим p-n переходом на примере транзистора с каналом p- типа. Электрод полевого транзистора, предназначеннный для регулирования поперечного сечения канала, называется затвором. На него относительно истока подается положительное напряжение. В этом случае p-n переход затвор-исток находится под обратным смещением. Электрод, через который входят в канал основные носители заряда (в нашем примере это дырки), называется истоком, а электрод, через который выходят носители заряда, называется стоком. На сток относительно истока должно подаваться отрицательное напряжение. Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом p- типа приведена на рис. 2. Рис. 2. Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n переходом Управление током транзистора основано на изменении сечения канала путем регулирования ширины p-n перехода при подаче входного напряжения (напряжения затвора). На затвор относительно истока подается обратное напряжение, поэтому область p-n перехода будет расширяться в основном в область полупроводника p- типа, так как эта область полупроводника менее легирована, чем область полупроводника n- типа. При подаче напряжения на сток в его цепи потечет ток IС, создаваемый дырками, движущимися под действием электрического поля. Количество основных носителей зарядов (дырок), участвующих в образовании тока через канал, определяется электрическим полем, воздействующим на p-n переход. Как уже отмечалось, p-n переход включается в обратном направлении. Если на затвор подать положительное напряжение, p-n переход расширяется в соответствии с выражением , (1) где - ширина p-n перехода в равновесном состоянии, jК – контактная разность потенциалов, UЗИ – напряжение на затворе относительно истока, e - относительная диэлектрическая постоянная, e0 = 9×10-14 Ф/см – абсолютная диэлектрическая постоянная, е = 1,6×10-19 Кл - заряд электрона, NA – концентрация акцепторной примеси, NД – концентрация донорной примеси. Исходная пластинка кремниевого полупроводника p-типа слабо легирована примесями, поэтому NД >> NA и с увеличением UЗИ расширение p-n перехода (1) произойдет в область полупроводника p-типа, сечение канала уменьшится, а его сопротивление rК увеличится. Электрическое сопротивление канала rК зависит от его толщины, ширины и длины: , (2) где lК – длина канала, h – ширина канала, W – толщина канала, s - электропроводность полупроводника p-типа, mр – подвижность дырок, pР – концентрация дырок (основных носителей заряда) в области полупроводника В соответствии с соотношениями (1) и (2) при изменении напряжения на затворе меняется ширина p-n перехода, сечение канала и его электрическое сопротивление, в результате чего будет изменяться величина протекающего тока стока. С увеличением rК ток стока IС уменьшается. Сечение канала SК изменяется неравномерно. Со стороны истока имеется более широкий канал, а со стороны стока сечение канала уменьшается. Это происходит потому, что сечение канала является функцией двух напряжений: SК = f(UЗИ, UСИ). Напряжение у стока будет больше, чем у истока, поэтому расширение p-n перехода в области стока больше, чем в области истока. Это явление нашло свое отражение на рис.х 1 и 2. Напряжение UСИ распределяется вдоль канала, оно больше у стока и меньше у истока. За счет этого сечение канала, расположенного со стороны стока, всегда будет значительно меньше, чем со стороны истока (рис. 1,2). Входной ток полевого транзистора равен току затвора IВХ = IЗ и он обусловлен только переносом неосновных носителей заряда через p-n переход. Обозначение полевого транзистора с управляющим p-n переходом на принципиальных электрических схемах приведено на рис. 3. Рис. 3. Обозначения полевых транзисторов с управляющим p-n переходом на принципиальных электрических схемах
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-05-08; Просмотров: 472; Нарушение авторского права страницы