Характеристики полевых транзисторов с p – n-переходом

Выходная характеристика показывает, что с увеличением U_C-И ток стока I_C сначала растет довольно быстро, а затем это нарастание замедляется, т. е. наступает насыщение. Именно в этой области насыщения, на пологих участках и происходит работа транзистора (рисунок 42).

I_С, мA

I_С, мA

10

5

0

U_З-И = 0

U_С-И, В

U_С-И = 30 В

U_З-И = – 5 В

U_З-И = – 10 В

U_З-И = – 15 В

10

5

10

–5

15

– U_З-И, В

U_С-И=20В

а б

Рисунок 42 – Характеристики полевых транзисторов с p – n-переходом:

а – стоковые (или выходные): I_С = f (U_C-И) / U_З-И = const;

б – стоково-затворные (или передаточные): I_С = f (U_З-И) / U_C-И = const

Явление насыщения объясняется тем, что при повышении U_C-И ток I_C должен увеличиваться, но так как одновременно повышается обратное напряжение на p – n-переходе, то запирающий слой расширяется, а канал сужается, его сопротивление возрастает и I_C должен уменьшаться, т. е. имеют место два взаимно противоположных воздействия на ток, который в результате остается почти постоянным.

При подаче большего отрицательного U_З-И ток стока I_C уменьшается и характеристика проходит ниже.

Дальнейшее повышение U_C-И приводит к электрическому пробою p – n-перехода, и I_C начинает лавинно возрастать.

Параметры:

• Крутизна = const характеризует управление действия

затвора. Например, S = 3 мA/B означает, что изменение U_З-И на 1 В создает изменение тока стока на 3 мA.

• Внутренне (выходное) сопротивление при U_З-И = const , т. е. это сопротивление транзистора между стоком и истоком.

• Коэффициент усиления при I_C = const показывает, во

сколько раз сильнее действует на I_C изменение U_З-И по сравнению с U_C-И, т. е. выражается отношением таких изменений напряжений, которые компенсируют друг друга по действию на I_C. Для такой компенсации напряжения должны иметь разные знаки, отсюда знак «минус»; μ = S · R_i имеет значения от сотни до тысячи на пологом участке.

• Входные сопротивления при U_С-И = const, так как I_З является обратным током p – n-перехода, значит, он очень мал и R_вх приблизительно будет от единиц до десятков мегаом.

• Межэлектродные емкости:

- С_З-И – входная емкость – это барьерная емкость p – n-перехода;

- С_З-С – проходная емкость между затвором и стоком;

- С_C-И – выходная емкость.

Полевые транзисторы с изолированным затвором (мдп)

В отличие от полевых транзисторов с p – n-переходом, в которых затвор

имеет непосредственный электрический контакт с областью токопроводящего канала, в МДП-транзисторах затвор изолирован от канала слоем диэлектрика.

МДП-транзисторы со встроенным каналом

К онструкция МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа представляет собой кремниевую пластинку с электропроводностью р-типа (рисунок 43).

Рисунок 43 – Конструкция

МДП-транзистора

со встроенным каналом n-типа

В ней созданы две области с повышенной проводимостью n⁺-типа. Эти области являются стоком и истоком. Между ними имеется тонкий приповерхностный канал с электропроводностью n-типа. Длина канала примерно на два порядка меньше его ширины.

Толщина диэлектрического слоя (обычно это SiO₂) ≈ 0,1 – 0,2 мкм. Сверху диэлектрического слоя расположен затвор в виде тонкой металлической пленки. В МДП-транзисторе обычно делают четвертый электрод, которым является подложка (т. е. пластина p-типа).

Принцип работы. Если при U_З-И = 0 приложить напряжение между стоком и истоком U_C-И, то через канал потечет ток, представляющий собой поток электрона.

При подаче U_З-И > 0 в канале создается поперечное электрическое поле, под влиянием которого электроны проводимости выталкиваются из канала в области стока, истока и в кристалл. Канал объединяется электроном, сопротивление его увеличивается, I_C уменьшается.

Чем больше напряжение на затворе U_З-И, тем меньше I_C. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.

Если U_З-И < 0, то под действием поля, созданного этим напряжением, из областей стока, истока и кристалла в канал будут приходить электроны, проводимость канала увеличится и I_C возрастет. Этот режим называют режимом обогащения.

Все эти физические процессы наглядно выражаются выходной (стоковой) характеристикой (рисунок 44, а).

По выходной характеристике можно построить стоково-затворную (переходную) характеристику (рисунок 1.44, б). Как видно, выходные характеристики подобны таким же характеристикам транзистора с управляющим p – n-переходом.

Параметры МДП-транзисторов аналогичны параметрам полевых транзисторов с управляющим p – n-переходом. Если кристалл имеет электропроводность n-типа, канал должен быть p-типа, а полярность напряжений – обратной.

I_C, мA

I_C, мA

5

2,5

5

0

10

15

U_C-И, В

–U_З-И, В

0

+U_З-И, В

U_З-И = +4 В

U_З-И = +2 В Режим обогащения

U_З-И = –2 В

U_З-И = –4 В Режим обеднения

U_З-И = 0

U_C-И = const

Режим обогащения

Режим обеднения

а

б

Рисунок 44 – Выходная и стоково-затворная характеристики

МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа

МДП-транзистор с индуцированным (инверсным) каналом

Конструкция. От транзистора со встроенным каналом он отличается тем, что канал проводимости здесь специально не создается, а возникает (индуцируется) только при подаче на затвор напряжения определенной полярности (рисунок 45). При отсутствии этого напряжения канала нет, между истоком и стоком n⁺-типа только кристалл p-типа, и на одном из p – n⁺-переходов получается обратное напряжение.

П

Рисунок 45 – Конструкция

МДП-транзистора

с индуцированным каналом n-типа

ринцип работы. Сопротивление между истоком и стоком велико, транзистор заперт. Но если подать на затвор в данном случае положительное напряжение, то под влиянием поля затвора электроны проводимости будут перемещаться из областей стока, истока и кристалла к затвору. Когда U_З-И превысит некоторое отпирающее или пороговое напряжение, то в приповерхностном слое концентрация электронов настолько увеличится, что превысит концентрацию дырок, произойдет инверсия типа электропроводности, т. е. образуется канал n-типа и транзистор начнет проводить ток.

Чем больше положительное напряжение U_З-И, тем больше проводимость канала и ток стока, т. е. такой транзистор может работать только в режиме обогащения, что показывают его выходные и переходная характеристики (рисунок 46).

10

5

0

5

10

15

U_З-И = +10 В

U_З-И = +8 В

U_З-И = +6 В

U_З-И = +4 В

0

I_С, мA

I_С, мA

U_С-И, В

U_З-И, В

U_З-И = + 2 В

U_С-И = const

Рисунок 46 – Выходная и стоково-затворная характеристики

МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа

МДП-транзисторы имеют лучшие температурные, шумовые, радиационные свойства по сравнению с полевыми транзисторами с управляющим p – n-переходом, кроме того, они просты в изготовлении.