9 Полевые транзисторы. Основные определения

Обозначение полевого транзистора показано на рис. 9.1.

В полевых транзисторах ток создается основными типами носителей (или электроны или дырки), отсюда название – униполярные.

Процессы инжекции и диффузии, как в биполярном транзисторе отсутствуют.

Поток носителей заряда протекает через проводящий канал и управляется электрическим полем. (отсюда название – полевой). Проводящий слой, по которому проходит рабочий ток, называют каналом, отсюда еще название – канальный. Полевые транзисторы разделяют на два класса: с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. Металлический электрод, создающий эффект поля, называют затвором. Два других электрода называют истоком (И) и стоком (С). Эти электроды в принципе обратимы. Стоком является тот из них, на который (при соответствующей полярности напряжения) поступают рабочие носители канала. Если канал n-типа, то рабочие носители – электроны и полярность стока положительная. Исток обычно соединяют с основной пластиной полупроводника, называемой подложкой П.

Достоинство полевых транзисторов – большое входное сопротивление и высокая технологичность.

9.1 Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

Рис. 9.2 Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

На рис.(9.2) показана схема включения с ОИ. При уменьшении обратного напряжения U_ЗИ область объемного заряда заштрихована на рис. возрастает, а токопроводящее сечение “в” канала сужается. При этом увеличивается сопротивление канала и, следовательно, уменьшается выходной ток I_c. Ток затвора близок к нулю и не зависит от управляющего напряжения.

U_{ЗС отсечки} – напряжение U_ЗИ, при котором I_c=0 и токопроводящий канал полностью перекрыт. При U_ЗИ >U_{ЗИ отс.} в канале появляется проток шириной в, по которому от стока к истоку протекает ток I_с , создающий на сопротивлении канала падение напряжения. Это напряжение складывается с U_ЗИ и приводит к увеличению напряжения на обратно смещенном p-n-переходе, т.е. к сужению канала. Рост тока I_c , приводит к увеличению падения напряжения на канале и к уменьшению его ширины, поэтому уменьшается ток I_c , протекающий между стоком и истоком. Уменьшение I_c приводит к уменьшению напряжения на канале и на обратно смещенном p-n – переходе. При этом увеличивается ширина “в” канала и ток I_c. В транзисторе устанавливается динамическое равновесие. При U_СИ>U_{СИ нас.} I_c на уровне насыщения, т. I_c=I_{c нас}.

Для режима отсечки (транзистор заперт): U_ЗИ=U_{PB отс.} , I_c=0.

Для открытого транзистора U_ЗИ-U_{СИ нас.}=U_{ЗИ отс.}

9.2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Изменение выходного I_c при изменении U_СИ происходит до определенного значения U_{СИ нас.}=U_ЗИ-U_{ЗИ отс.}. При дальнейшем росте U_СИ ток I_c остается неизменным до появления U_{СИ проб.}.

9.3 Полевые транзисторы с изолированным затвором

И СО ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ

Два вида структуры: металл-окисел-полупроводник - МОП - транзисторы, металл-диэлектрик-полупроводник – МДП – транзисторы.

Д ва типа транзисторов с изолированным затвором: со встроенным каналом и с индуцированным каналом.

МОП – транзистор со встроенным каналом приведен на рис. 9.4.

Приложенное к затвору отрицательное напряжение отталкивает электроны во встроенном канале n- типа. В результате создается обедненный слой в верхней части полупроводника между изолирующей прокладкой из окисла и проводящим каналом. МОП транзистор со встроенным каналом используется в режиме обеднения (малое количество электронов). Для транзистора с n-каналом это соответствует подаче отрицательного напряжения на затвор.

Его характеристики не отличаются от характеристик транзистора с управляющим p-n переходом, имеющим канал такого же типа. Т.к. затвор изолирован, то на него можно подавать не только напряжения, уменьшающие ток стока (отрицательные для канала n-типа и положительные для канала p-типа), но и напряжения обратной полярности. Первый режим называется режимом обеднения, а второй – режимом обогащения.