Херсонський національний технічний університет Кафедра загальної та прикладної ф³зики Лабораторія фізики твердого тіла Автори Омельяненко В.О., Степанчиков Д.М., Дворник О.В. (21.11.2005)

Л абораторна робота № 6-10 вивчення властивостей польового напівпровідникового транзистора

Мета роботи: експериментально зняти статичні характеристики польового напівпровідникового транзистора та визначити за ними його основні параметри.

Обладнання: лабораторна установка для зняття статичних характеристик польового транзистора.

Теоретичні відомості

Польовим транзистором називається трьохелектродний керований напівпровідниковий прилад або типу, в якому, на відміну від біполярного транзистора, керування вихідним струмом відбувається не вхідним струмом, а величиною вхідної напруги, подібно дії електровакуумного тріоду.

Полеві транзистори складаються з трьох електродів:

1. істок (І) – електрод, через який у провідний канал потрапляють носії заряду,

2. сток (С) – електрод, через який носії заряду виходять,

3. затвор (З) – електрод, на який подається керуюча напруга.

Завдяки прикладеній до цих електродів напруги, в польових транзисторах створюється провідний канал (К).

Польові транзистори, в залежності від засобу виготовлення та їх електричних властивостей, поділяються на декілька груп (рис. 1), основними з яких є:

• з керуючим - переходом (рис. 1, А),

• з ізольованим затвором і вбудованим провідним каналом – К (рис. 1, Б),

• 

• 

• 

• з ізольованим затвором і вбудованим індукованим каналом – К (рис. 1, В).

П ольовий транзистор з керованим

переходом (рис. 1) являє собою напівпровідникову пластину кремнію ( ) із провідністю -типу, на верхніх та нижніх гранях якого методом дифузії утворюються області із провідністю -типу. Ці області електрично поєднуються між собою, утворюючи єдиний електрод З. По торцям цієї пластини створюють омічні контакти, які утворюють два інших електроди І та С. До цих електродів підключається джерело живлення та зовнішній опір навантаження . Схема підключення польового транзистора наведена на рис. 2.

Область із провідністю -типу, яка розташована між областями -типу, зветься каналом К. Електрична ізоляція між К і З здійснюється за допомогою переходів, які включено на зустріч один одному.

У польовому транзисторі основні носії заряду (в даному випадку електрони) рухаються від І до С через канал К. Поперечний переріз каналу регулюється напругою на З. Для цього на З подається негативна (відносно І) напруга , яка зсуває переходи в зворотному напрямку. Регулюючи напругу можна змінювати ширину переходів і таким чином переріз провідного каналу К. Це в совою чергу призводить до зміни опору провідного каналу К та величини струму , який проходить через цей канал.

Польові транзистори з ізольованим затвором знаходять більш широке застосування завдяки кращим електричним властивостям та більш простій конструкції. В цих транзисторах між провідним каналом К та металічним затвором З знаходиться тонкий діелектричний шар (рис. 5, Б,В). Затвор З в цьому випадку являє собою тонку плівку алюмінію ( ), яку нанесено на поверхню високоякісного діелектрика. Такі польові транзистори отримали назву МДН- транзисторів (метал-діелектрик-напівпровідник). В МДН- транзисторах з ізольованим затвором З та вбудованим провідним каналом К у процесі виготовлення, між І і С створюється тонкий приповерхній шар з провідністю, аналогічною до провідності стоку С і джерела живлення . Тим самим створюється провідний канал К для проходження струму від С до І, навіть при відсутності напруги на затворі З.

Електричні властивості польових транзисторів визначаються їх статичними параметрами, найбільш важливими з яких є:

• – крутизна стокової характеристики,

• – внутрішній опір стоку.

Ц і параметри можна визначити за вихідними (стоковими) характеристиками:

при . На рис. 3 наведено сімейство типових вихідних характеристик польового транзистора та приклад визначення цих параметрів в робочій точці: та . В даному випадку крутизною стокової характеристики є зростання струму при зміні напруги на затворі на при умові ( ):

Внутрішній опір польового транзистора – це є відношення зміни напруги до зміни струму , при умові ( ), тобто:

Іншими важливими електричними параметрами польових транзисторів є граничні значення його струмів та напруг, які не можна перевищувати при експлуатації цих приладів. Основними такими параметрами є:

– максимальний струм стоку,

– максимальна напруга на затворі,

– максимальна напруга на стоці,

– максимальна потужність на стоці = ,

- максимальна температура навколишнього середовища.

Значення цих граничних параметрів знаходяться у довідниковій літературі відповідного для кожного типу транзисторів.