1.5.Полевые транзисторы.

1.5.1.Устройство полевого транзисто­ра. Физические принципы, положенные в основу поле­вых транзисторов, были известны давно, однако их реализация встретила существенные технические трудности. Только в 60-х годах полевые транзисторы начали широко применять в различных областях электроники.

В полевых транзисторах используют эффект воз­действия поперечного электрического поля на прово­димость канала, по которому движутся носители электрического заряда. Полевые канальные транзисторы имеют существен­ные преимущества, к которым прежде всего относятся большое входное сопротивление приборов (1010-1015 Ом), большая устойчивость к проникающим излучениям (допускается уровень излучений, на 3-4 порядка больший, чем для биполярных транзисторов), малый уровень собственных шумов, малое влияние температуры на усилительные свойства.

Типы полевых транзисторов: с затвором в виде р-n-перехода и с изолированным затвором.

О снову прибора состав­ляет слаболегированная полупроводниковая плас­тина р-типа, к торцам которой приложено напряжение U_c, создающее ток I_с через сопротивление нагрузки R_н.

Рис.1.22.Схематическое изображение полевого тран­зистора с затвором в виде р-n-перехода: И-исток; С — сток; l-обед­ненный слой.

В полупроводниковой пластине этот ток обеспечивается движением основных носителей заряда. Торец пластины, от которого движут­ся носители заряда, называется истоком. Торец, к которому движутся носители заряда— стоком. В две противоположные боковые поверхности основной р-пластины вплавлены пластинки типа n. На границе раздела пластин n и р возникают электронно-дырочные переходы, к которым в непроводящем направ­лении приложено входное напряжение U_вх. Пластины n-типа образуют затвор, а вокруг них образуется слой, обеднен­ный носителями заряда с малой проводимостью. Между обедненными слоями сохраняется канал с высокой проводимостью.

1.5.2.Принцип действия полевого транзистора.

Полевой транзисто­р с затвором в виде р-n-перехода. С увеличением напряжения на затворе ширина обед­ненных слоев увеличивается, поперечное сечение канала и проводимость уменьшаются. Т.о., меняя U_вх на затво­ре, можно менять ток нагрузки и напряжение U_вых.Работу полевого транзистора характери­зуют зависимостью тока стока I_с от напряжения между истоком и стоком U_c при разл. напряжениях на затворе U_з.

Рис.1.23.Семей­ство характеристик полевого транзис­тора с затвором в виде р-n-перехода.

Сначала с увеличением U_c ток I_с нарастает линейно. Затем наступает режим насы­щения и ток перестает расти, т.к.при насыщении напряжен­ность продольного поля в канале складывается с напряженностью поперечн.поля и канал в области стока сужается. Причем, чем больше напряженность продольного поля (U_c), тем больше су­жается канал в области стока. Ток насыщения уменьшается при увеличении напряжения на затворе (обратное напряжение р-n-перехода)

Полевой транзистор с изолированным затвором. Основу прибора составляет пластина кремния р-типа.

Рис.1.24.Схема полевого транзистора с изолированным затвором и его условное обозначение.

На малом расстоянии друг от друга в поверхность пластины вплавляют донор- ную примесь. Затем поверхность тер­мически обрабатывают и нара­щивают на ней тонкий (0,1мкм) слой изолятора - диосида. На него накла­дывают метали- ческую пластину затвора, перекрываю­щую области донорной примеси n.

В транзисторе токопроводящий канал создается при подаче на затвор напряжения опре­деленной полярности и значения. При отсутствии напряжения транзистор заперт, т.к. один из р-п-переходов смещен в обратном направлении. При положительном напряжении на затворе, в приповерхностном слое основа-ния (между истоком и стоком) будет движение электронов от истока к стоку. Слой между исто­ком и стоком называется индуцированным каналом. Т.к. индуцированный канал создается при напряжении положительной полярности, то транзистор с таким каналом работает только в режиме обогащения. Из-за простоты изго­товления и хороших техн. характеристик тран­зисторы с индуци-рованным каналом получили наи­большее применение.

Полевые транзисторы могут работать в схеме включения с общим истоком, с общим стоком или с общим затвором.

Достоинства полевых транзисто­ров:

1.Высокое входное сопротивление, в полевых транзисторах с затвором в виде р-п-перехода -10⁶-10⁹Ом,в транзисторах с изолированным затвором -10¹³-10¹⁵ Ом;

2.Малый уровень собственных шумов;

3.Высокая устойчивость против температурных и радиоактивных воздействий;

4.Высокая плотность расположения элементов при использовании приборов в интегральных схемах.

Полевые транзисторы применяются в схемах усилителей, генераторов и переключателей, в малошумящих усили­телях с большим входным сопротивле-нием. Тран­зисторы с изолированным затвором используются в цифровых и логических схемах, их на­зывают транзисторами типа МДП (металл-диэлектрик— полупроводник).

Маркировка полевых транзисторов. Обозначение транзисто­ров состоит из шести элементов.

Первый элемент(буква или цифра)-материал, из которого изготовлен: Г или 1- германий, К или 2 - кремний, А или 3- арсенид галлия.

Второй элемент(буква)- класс при­боров: Т — биполярные транзисторы, П — полевые транзисторы.

Третий, четвертый и пятый элементы—трех­значное число(таблица выше), первая цифра - классификационный номер, характеризую­щий назначение прибора (диапазон рабочих частот и мощность), а две последующие цифры от 01 до 99 — порядковый номер разработки типа прибора.

Шестой элемент — буква от А до Я — определяет деление технологического типа на параметрические группы (разновидности типа).

Примеры обо­значений:

КТ324А- кремниевый биполярный транзи­стор, высокочастотный, малой мощности, номер раз­работки 24, группа А;

1Т806Б-германиевый бипо­лярный транзистор, среднечастотный, большой мощ­ности, номер разработки 06, группа Б;

КП102Е — кремниевый полевой транзистор, низкочастотный, малой мощности, номер разработки 02, группа Е.