- •Оглавление
- •Предисловие
- •1. Лабораторные работы Лабораторная работа № 1 Изучение полупроводниковых приборов с одним р-n переходом (диодов)
- •1. Электронно-дырочный переход (p-n переход)
- •2. Элементы зонной теории
- •3. Вольт-амперная характеристика р-n перехода
- •4. Пробой р-n перехода
- •5. Стабилитроны
- •6. Туннельные диоды
- •Лабораторная работа № 2 Транзистор
- •2. Схема с общим эмиттером (оэ)
- •3. Схема с общим коллектором (ок)
- •Лабораторная работа № 3 Изучение вынужденных колебаний и явления резонанса в последовательном и параллельном колебательных контурах
- •1. Последовательный колебательный контур
- •2. Параллельный колебательный контур
- •Лабораторная работа № 4 Параметры приемника супергетеродинного типа
- •1. Основные понятия
- •2. Основные функции радиоприемников
- •3.Приемник прямого усиления
- •4.Приемник супергетеродинного типа
- •Лабораторная работа № 5 Изучение характеристик усилителя низкой частоты на сопротивлениях
- •1. Основные понятия
- •2. Усилительный каскад на сопротивлениях
- •3. Типы коррекции частотной характеристики
- •Лабораторная работа № 6 Тиратронный генератор релаксационных колебаний
- •1.Основные понятия
- •2.Тиратроны с холодным катодом
- •3.Тиратроны с накаленным катодом
- •Лабораторная работа № 7 Мультивибратор
- •1. Основные понятия
- •2. Транзисторный симметричный мультивибратор
- •Лабораторная работа № 8 Детектирование
- •1. Основные понятия
- •2. Амплитудная модуляция
- •3.Детектирование ам колебаний
- •Лабораторная работа № 9 Изучение электронных стабилизаторов напряжения
- •2. Параметрические методы стабилизации
- •2. Смешанные стабилизаторы напряжения.
- •Лабораторная работа № 10 Генераторы гармонических колебаний
- •1. Незатухающие колебания в транзисторном генераторе
- •2. Линейная теория самовозбуждения
- •3. Генераторы гармонических колебаний типа rc
- •4. Определение частоты колебаний с помощью фигур Лиссажу
- •Лабораторная работа № 11 Электронные лампы
- •Лабораторная работа № 12 Полевые транзисторы
- •1. Транзисторы с управляющим р-n переходом
- •2. Транзисторы с изолированным затвором
- •3. Применение полевых транзисторов.
- •Лабораторная работа № 13 Изучение элементной базы, топологии и конструкции полупроводниковых интегральных микросхем
- •1. Основные понятия
- •2. Конструкция и топология элементной базы полупроводниковых имс
- •3. Фигуры совмещения
- •Лабораторная работа № 14 Гибридные интегральные микросхемы
- •1. Подложки гис
- •2. Элементы гис
- •3. Компоненты гис
- •Лабораторная работа № 15 Цифровые микросхемы
- •1. Элементарные логические операции и типы логических элементов
- •2. Методы реализации логических элементов
- •3. Интегральные логические элементы
- •4. Параметры логических микросхем
- •Лабораторная работа № 16 Изучение дифференцирующих и интегрирующих цепей
- •1. Дифференцирующие цепи
- •2. Интегрирующие цепи
- •3. Описание экспериментальной установки
- •Лабораторная работа № 17 Гармонический анализ
- •1. Спектр периодических эдс. Ряд Фурье
- •2. Спектр непериодической эдс. Интеграл Фурье.
- •2. Анализ вычисления погрешностей и обработка результатов
- •2.1 Погрешность однократного измерения
- •2.2 Обработка результатов многократных измерений одной и той же величины
- •2.3 Погрешности косвенных измерений
- •Литература
2. Транзисторы с изолированным затвором
Транзисторы этого типа называют также МДП–транзисторами (металл-диэлектрик-полупроводник) или МОП-транзисторами (если в качестве диэлектрика используют окисел – чаще всего диоксид кремния ). МДП-транзисторы бывают двух типов: со встроенным каналом и с индуцированным. ОсновуМДП-транзистора со встроенным каналом (рис. 5, а) составляет слабо насыщенная примесью пластина (подложка) полупроводника с электропроводностью n– или р–типа (на рисунке ), в которой созданы две сильно насыщенные примесью области противоположного типа электропроводности (на рисунке р+). Расстояние между р+–областями . Они соединены тонким слоем полупроводника того же типа электропроводности, что и р+–области, но этот слой слабо насыщен примесью (р–канал). Поверхность пластины полупроводника покрыта слоем диэлектрика толщиной . На слой диэлектрика над каналом нанесен металлический контакт – затвор (З). Области р+ также имеют металлические контакты, один из которых называют истоком (И), другой – стоком (С). Обычно для пластины полупроводника используют кремний, а в качестве диэлектрика – пленку диоксида кремния, выращенную на поверхности кремния путем окисления его при высокой температуре.
Рис. 5.
На рис. 6 показаны схемы включения МДП–транзистора: а — с общим истоком (ОИ); б — с общим стоком (ОС); в — с общим затвором (ОЗ) (полярность выводов на рисунке не показана, так как она зависит от режима работы).
Рис. 6.
Принцип работы МДП-транзистора со встроенным каналом рассмотрим на примере схемы с ОИ (рис. 6, а). В полупроводнике у его поверхности в электрическом поле происходит обеднение или обогащение приповерхностного слоя носителями заряда, что зависит от направления электрического поля в канале транзистора. Это направление электрического поля определяется знаком потенциала на затворе относительно пластины. Если на затвор подан положительный потенциал электрическое поле будет выталкивать дырки из канала и канал обеднится основными носителями (дырками), а проводимость канала уменьшится. Если на затвор подан отрицательный потенциал, то дырки начнут втягиваться в канал и обогащать его основными носителями, проводимость канала увеличится. В первом случае транзистор работает в режиме обеднения, во втором случае — в режиме обогащения. Если исток и сток подсоединить к источнику питания, то начнется дрейф дырок через канал, т. е. через канал пройдет ток стока, значение которого зависит как оттак и от. При прохождении тока в канале создается падение напряжения. Потенциал истока равен нулю, а потенциал стока равен – (как и в транзисторе с управляющим р-n переходом). На границе пластины n-типа с областями р-типа и каналом р-типа образуется р-n переход, который смещен в обратном направлении. Так как в МДП-транзисторах затвор изолирован от полупроводника пленкой диэлектрика, то эти транзисторы могут работать как при положительном, так и при отрицательном напряжении
Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом р-типа показаны на рис. 7: выходные (стоковые) – на рис. 7,а, характеристика передачи (стокозатворная) — на рис. 7, б; для режима обеднения — область I, обогащения — область II.
В МДП-транзисторах с индуцированным каналом (см. рис. 5, б) канал не создается в процессе изготовления, а образуется под воздействием электрического поля. Если к транзистору с ОИ подключить напряжение , по цепи стока пойдет обратный ток р-n перехода, значение которого очень мало. При подключении в цепь затвора напряжения так, чтобы потенциал затвора относительно истока и пластины был обязательно отрицательным (для транзистора на рис. 5,б), под действием электрического поля под затвором приповерхностный слой пластины полупроводника объединится.
Рис. 7.
Если достигнет определенного значения, называемогопороговым (, то слой полупроводника под затвором настолько обеднится, что произойдет егоинверсия: образуется канал р-типа, который соединит обе области р-типа. Если , по каналу потечет ток стока. Изменяя напряжение на затворе можно менять толщину и поперечное сечение канала и тем самым его сопротивление, а следовательно, и ток стока . На значениевлияет также напряжение. При этом изменяется и форма канала.
Семейство выходных статических характеристик (рис. 8, а) аналогично семейству выходных характеристик транзистора с управляющим p-n переходом. Однако характеристика для в этом случае отсутствует, так как канал индуцируется при . Характеристики передачи (рис. 8, б) при . Они сдвинуты относительно нуля координат на .
Рис. 8.
Параметры МДП-транзисторов те же, что и для транзисторов с управляющим р-n переходом. В качестве параметра используют также крутизну характеристики по подложке:
, (4)
с помощью которого учитывается влияние напряжения на пластине на ток стока.
МДП-транзисторы с индуцированным каналом используют чаще, чем транзисторы с встроенным каналом. Существенно то, что при отсутствии сигнала на входе они находятся в закрытом состоянии и не потребляют мощности от источника питания.