Вопрос 14: мдп-транзисторы. Основные типы и принцип действия. Характеристики и пара­метры.

Тема №5: МДП-транзисторы

МДП-транзисторы – это транзисторы, у которых между затворами и переходом есть прокладка диэлектрика.

Два вида:

• Со встроенным каналом (канал возникает при изготовлении)

• С индуцированным каналом )возникает под действием напряжения, приложенного к управляющим электродам)

Со встроенным каналом:

В МДП-транзисторах металлический затвор изолирован от полупроводника слоем диэлек­трика, а также имеется дополнительный вывод от кристалла, называемый подложкой (п.).

U_си

I_с

с з и

диэлектрик

p

n

канал

п

Управляющее напряжение можно задавать как между затворами подложки, так и незави­симо на подложку. Под влиянием электрического поля у поверхности полупроводника появляется канал p – типа за счет отталкивания электронов от поверхности вглубь полу­проводника.

Преимущество МДП – полупроводников:

R_вх = 10¹⁰ – 10¹⁴ Ом. Преимущественно используется кремний.

Роль диэлектрической пленки – слои кремния. Такие транзисторы называют МОП – тран­зисторами. При отсутствии смещения (U_зи = 0, U_ст = 0, U_ип = 0) поверхностный слой полу­проводника обычно обогащен электронами. Металлический затвор, диэлектрик под ним и заряд этого слоя образуют плоский конденсатор, емкость которого на единицу поверхно­сти:

C = ε_д * ε₀ / h

где h – толщина, ε_д – диэлектрическая постоянная диэлектрика, ε₀ – диэлектрическая по­стоянная воздуха.

Изменение напряжения на одной из обкладок конденсатора меняет его заряд, а, значит, меняется концентрация носителей заряда при поверхности конденсатора. При подаче на затвор отрицательного напряжения электроны приповерхностного слоя отталкиваются вглубь полупроводника, а дырки движутся к поверхности. При этом концентрация носи­телей заряда в этом слое равны концентрации вообще полупроводника. При дальнейшем увеличении U_зи накопление дырок еще больше, и слой приобретает дырочную проводи­мость. Т.е. от стока к истоку образуется канал. Если приложить U_си, по каналу потечет ток I_с. Путем изменения напряжения на затворе, можно расширять или сужать канал, увели­чивая или уменьшая ток I_с. Напряжение на затворе, при котором индуцируется канал, на­зывается пороговым напряжением. Если канал p – типа – 2 – 4 В., а если n – типа – 0, 2 – 1 В. Т.о., сток, исток, канал представляют собой рабочие области МДП – транзисторов, изо­лированы от подложки n – p – переходом, смещенном в обратном направлении. Оче­видно, что ширину этого перехода можно менять за счет дополнительного U_си. Следова­тельно, током I_с, который является выходом транзистора, можно управлять и U_зи, U_си, U_зп (напряжение управляет током). Толщина индуцированного канала примерно 1 – 5 нм. Со встроенным каналом и при U_зи = 0 будет протекать ток. Чтобы этого не было, надо ………… U_зи.

ВАХ тот же, что и у полевых транзисторов.

Выходная характеристика:

I_с U_пи = 0

U_пи > 0

U_пи max

U_си

Инерционные свойства МДП – транзисторов зависят от скорости движения носителей за­ряда; от межэлектродных емкостей (С_ст, С_пи, С_зп); от значений сопротивлений, через кото­рые емкости заряжаются. с

R_{с.и. диф}

з R_п S U_зи

С_з и

τ₀ = С_з * R_п = Сз * Rс.и. диф; f = 1/ 2п τ0 (нет рабочей точки)

Наиболее важное преимущество: малое падение напряжения на них при коммутации ма­лых сигналов.

Основные параметры транзисторов:

1. S – крутизна характеристики S = d I_c / d U_зи; S = 0.1 – 0.3 мА / В. У МДП – транзисторов еще S – крутизна по подложке: S = d I_c / d U_пи

2. М – статический коэффициент усиления. М = S * R_{с.и. диф}

3. R_{вх. диф} = d U_зи / d I_з (очень большое – 10¹⁰ –10¹⁴ Ом)

4. R_{вых. диф} = d U_си / d I_с (10⁵ – 10⁷ Ом)

О бозначение КП 101 А

полевые транзисторы