Лабораторна робота №7 дослідження характеристик і параметрів польових транзисторів

Мета роботи: поглиблення і закріплення знань про польові транзистори, а також придбання навичок експериментального зняття статичних вихідних і керуючих (стокзатворних) характеристик, побудови лінії навантаження й електричних моделей, визначення диференціальних і часових параметрів МДН-транзисторів.

7.1. Основні теоретичні відомості

Перша назва польових транзисторів – уніполярні транзистори. Це пов’язано з тим, що в таких транзисторах використовуються основні носії тільки одного типу (електрони або дірки). Процеси інжекції та дифузії в таких транзисторах майже відсутні, у всякому разі, вони не відіграють практичної ролі. Основним способом руху носіїв є дрейф в електричному полі.

Для того щоб керувати струмом у напівпровіднику за постійного електричного поля, необхідно змінювати питому провідність напівпровідникового шару або його площу. На практиці використовують обидва способи і засновані вони на ефекті поля (керування напругою на затворі). Тому уніполярні транзистори звичайно називають польовими транзисторами. Провідний шар, по якому тече струм, називають каналом. Звідси ще одна назва – канальні транзистори.

Канали можуть бути поверхневими і об’ємними. Поверхневі канали являють собою або збагачені шари, обумовлені присутністю донорних домішок в діелектрику, або інверсні шари, які утворюються під дією зовнішнього поля. Об’ємні канали являють собою ділянки однорідного напівпровідника, відділеного від поверхні збідненим шаром.

Транзистори з об’ємним каналом відрізняються тим, що збіднений шар утворюється за допомогою p-n – переходу. Тому їх часто називають польовими транзисторами з p-n – переходом або просто польовими транзисторами (рис. 7.1).

Рис. 7.1 Умовне позначення польових транзисторів з керуючим p-n – переходом:а) n-канальний; б) р-канальний

Інший тип польових транзисторів – транзистори з приповерхневим каналом і структурою метал-діелектрик-напівпровідник (МДН-транзистори). Якщо в якості діелектрика використовується окисел кремнію, то беруть назву МОН-транзистор.

Незважаючи на розходження в структурі, обидва класи транзисторів характеризуються наступними основними властивостями:

1) керуючий ланцюг цілком відділений від керованого (вихідного ланцюга) і практично не споживає струму, тобто відбувається польове, а не струмове керування приладом, що обумовлює високий вхідний опір;

2) перенесення струму здійснюється носіями одного знака, що виключає генераційно-рекомбінаційні шуми.

В цій лабораторній роботі досліджуються тільки МДН-транзистори. Вони бувають двох типів: транзистори з вбудованим і з індукованим каналами (рис. 7.2).

Рис. 7.2 Умовне позначення польових транзисторів з ізольованим затвором:а) з вбудованим n-каналом; б) з вбудованим р-каналом;

в) з індукованим n-каналом; г) з індукованим р-каналом

Транзистори першого типу (рис. 7.2) можуть працювати як в режимі збіднення каналу носіями заряду, так і в режимі збагачення. Інший тип МДН-транзисторів може працювати тільки в режимі збагачення.

Рис. 7.3 Структура транзистора з вбудованим каналом р-типу

Керуюча напруга подається між затвором і підкладкою. Під дією цієї напруги в транзисторі відбувається розширення або звуження наявного каналу. Тобто, під дією керуючої напруги змінюється ширина каналу і, відповідно, опір і струм транзистора.

Напруга на затворі, за якої індукується канал, називається пороговою напругою.

Керуюча напруга подається між затвором і підкладкою. Під дією цієї напруги в транзисторі відбувається розширення або звуження наявного каналу. Тобто, під дією керуючої напруги змінюється ширина каналу і, відповідно, опір і струм транзистора.

Напруга на затворі, за якої індукується канал, називається пороговою напругою.