4.2 Полевой транзистор с изолированным затвором

(МДП-транзистор).

Этот транзистор имеет структуру металл - диэлектрик - полупроводник и может быть двух типов: с индуцированным каналом (рисунок 4.4, а) и с встроенным каналом (рисунок 4.4, б). Если осно­вой транзистора является кремний, то диэлектриком может быть слой окиси кремния, поэтому такую структуру чаще всего называют МОП-транзистор (металл - окисел - полу­проводник).

Транзистор с индуцированным каналом имеет обла­сти истока n⁺и стока n⁺, выводы от которых выполнены путем металлизации че­рез отверстия в двуокиси кремния. На слой двуокиси окиси кремния напыляют слой алюминия, служащий затво­ром. Можно считать, что алюминиевый затвор и полупроводниковый материал p-типа образуют плоский конденсатор с окисным диэлектри­ком. Если на затвор подать положительное на­пряжение, то

а)	б)
Рис. 4.4. Структура МДП ПТ с индуцированным (а) и встроенным (б) каналами.

положительный заряд обкладки затвора индуцирует соответствующий отрицательный заряд в полупроводниковой области кана­ла. С возрастанием положительно­го напряжения этот заряд, созданный притянутыми из глубины p-области проводника электронами, которые являются неосновными носителями, превращает поверхност­ны слой полупроводника p-типа в проводящий канал n-типа, со­единяющий исходные n⁺-области истока и стока. Поэтому умень­шается сопротивление материала между истоком и стоком, что ве­дет к увеличению тока стока. Таким образом, благодаря электро­статической индукции между истоком и стоком при достижении напряжения U_{ЗИ ПОР}происходит инверсия типа проводимости полупроводника. Слой полупроводника p-типа превращается в полупроводник n-типа. До инверсии сопротивление между истоком и стоком определяется сопротивлением закрытого перехода, так как до инверсии имеет место структура n⁺-р-n⁺. После инверсии образуется n-проводимость и струк­тура становится n⁺-n-n⁺. Меняя напряжение на затворе, можно уп­равлять током стока. Если взять подложку n-типа, то можно построить МДП-транзистор с индуцированным p-каналом, который управляется отрицательным напряжением на затворе.

Транзистор с встроенным каналом имеет конструкцию, подоб­ную предыдущей. Между истоком и стоком методом диффузии со­здают слаболегированный канал c проводимостью n^--типа при проводимости подложки p-типа. Возможно другое сочетание. Канал имеет проводимость p-типа, а подложка — проводимость n-типа. В отсутствие напряже­ния на затворе (рис. 4.4, б) ток между истоком и стоком опреде­ляется сопротивлением n^--канала. При отрицательном напряжении на затворе концентрация носителей заряда в канале уменьшится (канал обедняется носителями) и в нем появляется обедненный слой. Сопротивление между истоком и стоком увеличивается и ток уменьшается. При по­ложительном напряжении на затворе в канале индуцируется дополнительный отрицательный заряд (канал обогащается носителями) и ток стока увеличивается, по­тому что, увеличивается его проводимость.

Статические характеристики МДП ПТ

На рисунке 4.5 приведены характеристики прямой передачи МДП-транзисторов с индуцированным (кривая 1) и встроенным (кривая 2) каналами. Из рисунка видна квадратичность передаточной характеристики. Теоретически характеристика прямой передачи для транзистора с индуцированным каналом опи­сывается следующим выражением:

(4.3)

при

где, U_{ЗИ ПОР} – пороговое напряжение ПТ, соответствующее току стока I_С = 10 мкА; I_С0 – ток насыщения стока, измеренный при входном напряжении U_ЗИ = 2∙U_{ЗИ ПОР}.

Передаточная характеристика для транзистора со встроенным каналом описывается уравнением (4.1).

Выходные характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа приведены на рисунке 4.6, а со встроенным ка­налом - на рисунке 4.6, б.

а)	б)
Рис. 4.6. Выходные характеристики ПТ с индуцированным (а) и встроенным (б) каналами.

Для транзистора с индуцированным каналом в омической области при напряжении стока U_CИ< |U_ЗИ- U_{ЗИ ПОР}| теоретический ток стока определяется уравнением

. (4.4)

где ,U_{ЗИ ПОР} – пороговое напряжение ПТ, соответствующее току стока I_С = 10 мкА; I_СН – ток насыщения стока, измеренный при входном напряжении U_ЗИ = 2U_{ЗИ ПОР}.