повышенное входное. Кроме того, значительно уменьшается входная емкость, что способствует увеличению входного сопротивления на высоких частотах.
Как правило, выпускаются кремниевые полевые транзисторы. Кремний применяется потому, что ток затвора, т.е. обратный ток p-n-перехода, получается во много раз меньше, чем у германия. При температуре 20qС постоянный ток затвора может составлять всего лишь 1нА, т.е. 10-9А.
§3. Полевые транзисторы с изолированным затвором.
Дальнейшим развитием полевых транзисторов являются транзисторы с изолированным затвором. У них металлический затвор отделен от полупроводникового канала тонким слоем диэлектрика. Иначе эти приборы называют МДП-транзисторы (от слов «металл-диэлектрик-полупроводник»), т.к. диэлектриком обычно служит слой диоксида кремния SiO2.
Основанием МДП-транзистора служит кремниевая пластинка с электропроводностью типа p (рис.11). В ней созданы две области с электропроводностью n+-типа с повышенной проводимостью. Эти области являются истоком и стоком. От них сделаны выводы. Между истоком и стоком имеется тонкий приповерхностный канал с электропроводностью n-типа. Длина канала от истока до стока составляют обычно ед. мкм, а его ширина – сотни микрометров и более, в зависимости от рабочего тока транзистора. Толщина диэлектрического слоя SiO2 0,1y0,2 мкм. Сверху диэлектрического слоя расположен затвор в виде тонкой металлической пленки. Кристалл МПД-транзистора обычно соединен с истоком, и его Mл принимается за нулевой – так же, как и Mл истока. Иногда от кристалла бывает сделан отдельный вывод. Прибор с такой структурой называют
транзистором с собственным (или встроенным) каналом, и работает он следующим образом.
Если при нулевом напряжении затвора приложить между стоком и истоком напряжение, то через канал потечет ток, представляющий собой поток электронов. Через кристалл ток не пойдет, т.к. один из n- p-переходов находится под обратным напряжением. При подаче на затвор напряжения, отрицательного относительно истока, а, следовательно, и относительно кристалла, в канале создается поперечное электрическое поле, под влиянием которого электроны проводимости выталкиваются из канала в области истока и стока и в кристалл. Канал обедняется электронами,
сопротивление его увеличивается, |
и ток стока уменьшается. Чем больше отрицательное |
|||||||||||||||||
напряжение затвора, тем меньше этот ток. Такой режим транзистора называют режимом |
||||||||||||||||||
обеднения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Если же на затвор подать |
|
|
|
||||||||||||
положительное напряжение, |
|
то под действием |
|
|
|
|||||||||||||
поля, |
созданного этим напряжением, |
из |
|
|
|
|||||||||||||
областей истока и стока, а также из кристалла |
|
|
|
|||||||||||||||
в канал будут приходить электроны: |
|
|
|
|||||||||||||||
проводимость канала при этом увеличится и |
|
|
|
|||||||||||||||
ток |
стока |
растет. |
Этот |
режим |
|
называют |
|
Рис. 14. Принцип устройства и условное |
||||||||||
режимом обогащения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
графическое обозначение транзистора с |
|||||||||
|
Рассмотренный |
|
транзистор |
|
с |
|
||||||||||||
|
|
|
|
индуцированным каналом n-типа |
|
|||||||||||||
собственным каналом, таким образом, |
может |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||
работать как в режиме обеднения, так и в |
|
|
|
|||||||||||||||
режиме |
|
обогащения. |
|
Это |
|
|
наглядно |
|
|
|
||||||||
показывают |
|
его |
|
выходные |
|
|
(стоковые) |
|
|
|
||||||||
характеристики, |
изображенные |
на |
рис.12, |
и |
|
|
|
|||||||||||
характеристики управления на рис.13. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Как |
видно, |
выходные характеристики |
|
|
|
||||||||||||
МПД-транзистора |
|
|
подобны |
|
|
выходным |
|
|
|
|||||||||
характеристикам |
|
полевого |
|
транзистора |
с |
|
|
|
||||||||||
управляющим |
|
|
|
p-n-переходом. |
Это |
|
|
|
||||||||||
объясняется тем, |
что при возрастании |
uси |
от |
|
Рис. 15. Выходные характеристики |
|||||||||||||
нуля |
сначала |
действует закон |
Ома, |
и ток |
|
|||||||||||||
|
транзистора с индуцированным каналом |
|||||||||||||||||
растет почти пропорционально напряжению, а |
|
|||||||||||||||||
|
n-типа |
|
||||||||||||||||
затем, при некотором uси, |
канал начинает |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||
сужаться, особенно около стока. Т.к. на p-n- |
|
|
|
|||||||||||||||
переходе между каналом и кристаллом растет |
|
|
|
|||||||||||||||
обратное напряжение, |
область этого перехода, |
|
|
|
||||||||||||||
обедненная |
|
носителями, |
|
расширяется, |
и |
|
|
|
||||||||||
сопротивление канала |
увеличивается. |
Таким |
|
|
|
|||||||||||||
образом, |
|
Ic |
испытывает |
два взаимно |
|
|
|
|||||||||||
противоположных влияния: |
|
от увеличения uси |
|
|
|
|||||||||||||
ток должен возрастать по закону Ома, |
но от |
|
|
|
||||||||||||||
увеличения |
|
сопротивления |
канала |
ток |
|
|
|
|||||||||||
уменьшается. |
В результате ток остается почти |
|
|
|
||||||||||||||
постоянным до такого напряжения uси, при |
|
Рис. 16. Характеристика управления |
||||||||||||||||
котором |
наступает |
|
электрический |
|
пробой |
в |
|
|||||||||||
кристалле. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
транзистора с индуцированным каналом |
|||
|
В |
том случае, |
если кристалл |
имеет |
|
n-типа |
|
|||||||||||
электропроводность |
n-типа, |
|
канал должен быть |
p-типа и полярность напряжений надо |
||||||||||||||
изменить на противоположную. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Другим типом |
является |
транзистор |
с |
индуцированным (инверсным) каналом |
|||||||||||||
(рис.14). |
От предыдущего он отличается тем, |
что канал возникает только при подаче на |
||||||||||||||||
затвор напряжения определенной полярности. При отсутствии этого напряжения канала |
||||||||||||||||||
нет, между истоком и стоком n+-типа расположен только кристалл p-типа и на одном из p- |
||||||||||||||||||
n+-переходов получается обратное напряжение. В этом состоянии сопротивление между |
||||||||||||||||||
истоком и стоком очень велико, |
|
т.е. |
транзистор заперт. Но если подать на затвор |
|||||||||||||||
положительное напряжение, то под влиянием поля затвора электроны проводимости |
||||||||||||||||||
будут перемещаться из областей истока и стока и из p-области по направлению к затвору. |
||||||||||||||||||
Когда напряжение затвора превысит некоторое отпирающее, или пороговое значение |
(ед. |
|||||||||||||||||
В), то в приповерхностном слое концентрация электронов настолько увеличивается, |
что |
|||||||||||||||||