- •Сборник лекций к дисциплинам:
- •§1. Краткие сведения по квантовой механике
- •§2. Уравнение Шредингера
- •§3. Энергетические состояния электронов в водородоподобных системах
- •Раздел 1. Основы физики полупроводников
- •1.1. Полупроводники
- •Энергетические (зонные) диаграммы полупроводников.
- •Уровень Ферми
- •Физические процессы в полупроводниках
- •Беспримесный полупроводник.
- •Процесс генерации пар зарядов.
- •Примеси в полупроводниках.
- •Электронный полупроводник (n-типа)
- •Дырочный полупроводник (р-типа).
- •1.2 Типы рекомбинации
- •1.3. Электронно-дырочный переход. §1. Классификация. Методы изготовления.
- •§2. Свойства р-n-перехода.
- •Учет дополнительных факторов, влияющих на вольт-амперную характеристику диода. Пробой.
- •Импульсные свойства р-n перехода. (динамические процессы в р-n-переходе)
- •Раздел 2. Полупроводниковые приборы
- •2.1. Полупроводниковые диоды
- •§ 1. Выпрямительные диоды.
- •§2. Высокочастотные диоды.
- •§ 3. Импульсные диоды.
- •§ 4. Сверхвысокочастотные диоды.
- •§ 5. Стабилитроны.
- •§ 6. Варикапы.
- •§ 8. Обращенные диоды.
- •§ 8. Система обозначений полупроводниковых диодов.
- •§ 9. Рабочий режим диода.
- •2.2. Биполярные транзисторы § 1. Общие сведения. Устройство.
- •§ 2. Физические процессы, протекающие вVt. ТокиVt.
- •§3. Основные схемы включения транзисторов.
- •§4 Влияние температуры на статические характеристикиVTа.
- •§5 Эквивалентные схемы замещения транзистора.
- •§6 Представление транзистора в виде четырехполюсника и системы статистических параметров.
- •2.3 Полевые транзисторы §1. Полевые транзисторы с управляющим переходом.
- •§2. Статические характеристики полевого транзистора с управляющимp-n-переходом.
- •§3. Полевые транзисторы с изолированным затвором.
- •2.4. Тиристоры (vs)
- •§ 1. Принцип действия.
- •§ 2. Математический анализ работы тиристора (не нужно).
- •§ 3. Вольт – амперная характеристика тиристора.
- •§ 4. Типы тиристоров.
- •§ 5. Особенности работы и параметры тиристоров.
- •2.5. Оптоэлектронные полупроводниковые приоры. Полупроводниковые излучатели
- •Фотоприемники (общие сведения)
- •Фоторезисторы
- •Фотодиоды
- •Фотоэлементы
- •Фототранзисторы
- •Фототиристоры
- •Оптроны
- •2.6. Интегральные микросхемы
- •Раздел 3. Усилители §1. Анализ процесса усиления электрических сигналов
- •§2. Работа уэ с нагрузкой. Динамические х-ки.
- •Нагруз. Линии у и их построение.
- •Сквозная характеристика у на биполярномVt.
- •Общие сведения.
- •Классификация у.
- •§4 Основные параметры и характеристики усилителей.
- •§5 Обратная связь в усилителях.
- •Режимы работы уэ.
- •Раздел 4. Операционные усилители Общие сведения
- •Инвертирующий усилитель
- •Интегратор
- •Содержание
§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 называютМДП-транзисторы(от слов «металл-диэлектрик-полупроводник»), т.к. диэлектриком обычно служит слой диоксида кремнияSiO2.
- + Рис. 11. Принцип устройства МДП-транзистора с собственным каналом n-типа, и условное графическое обозначение МДП-транзисторов с каналамиn-типа иp-типа. |
Рис. 12. Выходные характеристики МДП-транзистора с собственным каналом n-типа |
Рис. 13. Характеристика управления МДП-транзистора с собственным каналом n-типа |
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 называютрежимом обеднения.
Рис. 14. Принцип устройства и условное графическое обозначение транзистора с индуцированным каналом n-типа
|
Рис. 15. Выходные характеристики транзистора с индуцированным каналом n-типа
|
Рис. 16. Характеристика управления транзистора с индуцированным каналом n-типа |
Рассмотренный транзистор с 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 возрастанииuсиот нуля сначала действует закон Ома, и ток растет почти пропорционально напряжению, а затем, при некоторомuси, канал начинает сужаться, особенно около стока. Т.к. наp-n-переходе между каналом и кристаллом растет обратное напряжение, область этого перехода, обедненная носителями, расширяется, и сопротивление канала увеличивается. Таким образом,Icиспытывает два взаимно противоположных влияния: от увеличенияuситок должен возрастать по закону Ома, но от увеличения сопротивления канала ток уменьшается. В результате ток остается почти постоянным до такого напряженияuси, при котором наступает электрический пробой в кристалле.
В том случае, если кристалл имеет электропроводность n-типа, канал должен бытьp-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 стокомn+-типа расположен только кристаллp-типа и на одном изp-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 изp-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 превысит концентрацию дырок, и в этом случае произойдет т.н.инверсия типа электропроводности, т.е. образуется тонкий каналn-типа и транзистор начнет проводить ток. Чем больше положительное напряжение затвора, тем больше проводимость канала и ток стока. Таким образом, подобный транзистор может работать только в режиме обогащения, что видно из его выходных характеристик (рис.15) и характеристик управления (рис.16). Если подложкаn-типа, то получится индуцированный каналp-типа.
Параметры МПД-транзисторов аналогичны параметрам полевых транзисторов с n-p-переходом.
Транзисторы с изолированным затвором имеют преимущества в отношении температурных, шумовых, радиационных и других свойств, отмеченных для полевых транзисторов с p-n-переходом, и, кроме того, обладают еще рядом достоинств. Сопротивление изоляции затвора у них представляет собой входное сопротивление постоянному току на низких частотах и достигает 10121015Ом. Важно, что входное сопротивление остается большим при любой полярности напряжения затвора. Входная емкость может быть меньше 1 пФ, и предельная частота доходит до сотен МГц. Разработаны мощные (до десятков Вт) транзисторы и изолированным затвором, имеющие крутизну 10 мА/В и больше, и работающие на частотах до сотен МГц.
Транзисторы и изолированным затвором могут применяться во всех схемах, рассмотренных выше (ОИ, ОЗ и ОС.)
Следует отметить, что изготовление полевых транзисторов по планарно-эпитаксиальной технологии сравнительно несложно и упрощает создание микроэлектронных схем. Особенно просто изготавливаются МПД-транзисторы с индуцированным каналом, т.к. в кристалле надо сделать лишь две области – истока и стока.
При работе с МПД-транзисторами следует принимать меры предосторожности для предотвращения пробоя тонкого слоя диэлектрика между затвором и каналом под действием статических электрических зарядов, которые могут возникнуть на изолированном затворе. Необходимо, чтобы при транспортировке и монтаже электроды у транзисторов были замкнуты накоротко. Эти замыкающие проводнички удаляют только по окончании монтажа, когда выводы транзистора уже впаяны в схему.