4.1.Моп (мдп) – транзисторы

Еще одним вариантом полевых транзисторов являются транзисторы с изолированным затвором. Они называются транзисторами типа МОП или МДП, что связано с чередованием слоев металл-окисел (диэлектрик)-полупроводник в структуре транзистора. Возможны четыре разновидности таких структур. На рис. 4.8 приведена условная топология и обозначения на принципиальных схемах МОП транзисторов со встроенным каналом разного типа проводимости.

Рис. 4.8. Структура и условные обозначения

МОП транзисторов со встроенным каналом.

При создании таких транзисторов в слое полупроводникового материала, который называется подложкой, создаются области противоположного типа проводимости - сток и исток, соединенные проводящим каналом из того же материала.

Над областью канала располагается металлический или полупроводниковый электрод – затвор, отделенный от канала слоем окисла или другого диэлектрика.

На подложку транзистора с каналом из n-полупроводника подается максимальный отрицательный потенциал, либо она соединяется с истоком. Это необходимо, чтобы переходы исток-подложка, сток-подложка были закрыты. В последнем случае протеканию тока через границу раздела исток-подложка препятствует внутреннее поле p-n перехода.

При напряжении между истоком и затвором ( ) равном нулю и положительном относительно истока напряжении на стоке ( ), по каналу потечет некоторый ток . Его зависимость от напряжения будет аналогична соответствующей зависимости у полевого транзистора с p-n переходом и n-каналом, так как подложку в этом случае можно представить в роли затвора.

При подаче на затвор МОП транзистора положительного относительно истока напряжения, произойдет подтягивание электронов из подложки в область канала и его проводимость, а следовательно, и ток стока будут увеличиваться. Такой режим работы полевого транзистора со встроенным каналом называется режимом обогащения. Если на затвор подается отрицательное напряжение, происходит выталкивание электронов из области канала в подложку, проводимость канала и ток стока уменьшаются. В этом случае транзистор работает в режиме обеднения. При некоторой величине отрицательного напряжения на затворе канал полностью перекроется, его проводимость и, соответственно, ток стока станут равными нулю. Это напряжение называется напряжением отсечки .

Вольтамперные характеристики МОП транзистора со встроенным каналом n-типа имеют вид, показанный на рис. 4.9. Как следует из принципа его работы, током стока можно управлять при подаче на затвор напряжения обоих полярностей.

Рис. 4.9. Вольтамперные характеристики

МОП транзистора со встроенным n-каналом.

Структура и обозначения на принципиальных схемах МОП транзисторов с индуцированным, или наведенным каналом представлена на рис. 4.10. В таких приборах в исходном состоянии проводящий канал между областями стока и истока отсутствует, и соответственно ток стока будет равен нулю.

Рис. 4.10. Структура и условные обозначения

МОП транзисторов с индуцированным каналом.

Проводящий канал и ток у транзистора с подложкой из p-полупроводника появляется лишь при подаче на затвор относительно истока положительного напряжения, большего, чем некоторое пороговое значение . Под действием положительного потенциала затвора дырки отталкиваются вглубь подложки, а электроны подтягиваются в область канала. При под затвором формируется область с инверсной по отношению к подложке n-проводимостью, соединяющая зоны стока и истока, то есть токопроводящий канал. С ростом напряжения размеры этой области, проводимость канала и ток стока увеличиваются.

Вольтамперные характеристики МОП транзистора с индуцированным n-каналом приведены на рис. 4.11. Они похожи на соответствующие характеристики МОП транзистора со встроенным каналом, но управление током стока происходит лишь при положительном напряжении на затворе, большем порогового.

Эквивалентная схема и система параметров МОП транзисторов аналогична эквивалентной схеме транзистора с управляющим p-n переходом, приведенной на рис. 4.7.

Рис. 4.11. Вольтамперные характеристики

МОП транзистора с индуцированным n-каналом.

ВАХ МОП транзисторов с противоположным типом проводимости канала выглядят аналогично, меняется лишь полярность управляющего и напряжения питания.

Особенностью полевых транзисторов является их геометрическая симметрия. Это позволяет при необходимости сток и исток менять местами. Кроме того, подложка может быть использована в качестве второго затвора (как у полевого транзистора с p-n переходом). У таких транзисторов практически отсутствуют входные токи при обеих полярностях управляющих напряжений.

Структура затвор-окисел-полупроводник представляет собой высококачественный конденсатор очень малой емкости и с небольшим пробивным напряжением. При наличии на теле или одежде человека зарядов статического электричества и касании выводов транзистора возможен пробой диэлектрика и выход прибора из строя. Чтобы этого избежать при транспортировке и монтаже МОП транзисторов применяются специальные меры предосторожности.