2.2.2. Полевые транзисторы каналом n-типа

На рис.2.5 показано устройство ПТ с каналом n-типа. Работа ПТ основана на перемещении только основных носителей заряда: либо электронов, либо дырок. Еще одна особенность ПТ: движение носителей заряда происходит вдоль p-n – перехода. Р-n – переход должен быть включен обратной полярностью, т.е. если канал n – типа, то на затворе должно быть отрицательное напряжение. При подключении к истоку отрицательного, а к стоку положительного полюсов источника питания в канале возникает электрический ток I_С , его направление совпадает с вектором напряженности внешнего источника. Он образуется в данном случае электронами. При изменении U_зи изменяется ширина р-n – перехода. При подаче U_зи<0 по средствам электрического поля происходит отталкивание от р-n перехода электронов в n-слое и притягивание дырок в р – слое к затвору. Переход расширяется, а канал сужается и его сопротивление увеличивается, а ток I_с уменьшается. Направление тока I_С совпадает с направлением вектора напряженности Е эл. п оля.

Рис.2.5. ПТ с каналом n-типа (а), УГО (б)

Напряжение на затворе U_зи, при котором р-n - переходы смыкаются и W=0 (канал исчезает), называют напряжением отсечки U_о. Этот параметр является одним из основных для любого ПТ.

2.2.3. Характеристики пт с управляющим р-п – переходом

С токовые и стоко – затворные характеристики представлены на рис.2.6.

Рис.2.6.  ВАХ ПТ с управляющим р-п – переходом:

а - стоковая характеристика; б - стокозатворная характеристика

В данном случае U_зи можно изменять от 0 до отрицательных значений, т.к. p – n переход затвора всегда смещен в обратном направлении. Напряжение отсечки U_{ЗИ отс.} – напряжение, при котором канал исчезает (Ic=0).

2.2.4. МДП - транзистор

Структура МДП транзистора с индуцированным каналом p – типа и УГО приведены на рис.2.7.

Рис.2.7. Структура МДП транзистора с индуцированным

каналом p - типа (а) и УГО (б)

Металлический электрод затвора изолирован слоем диэлектрика (SiO2) от канала, образованного в поверхностном слое полупроводника. МДП-транзистор с индуцированным p- каналом (рис.2.7, а) выполнен на основе тонкой слаболегированной пластинки кремния n – типа, называемой подложкой. Подложка – это кристалл, пластина, в которой созданы две области р – типа.

Название данного типа транзисторов обусловлено структурой кристалла: металл – диэлектрик – полупроводник (МДП). Применяется также менее точное название – МОП (металл – окисел – полупроводник).

В толще подложки методом диффузии созданы две сильнолегированные области р-типа. Металлические пленки над ними с проволочными выводами являются электродами истока И и стока С.

Поверхность кристалла покрыта диэлектрическим слоем двуокиси кремния SiO₂, который изолирует электрод затвора З от полупроводника подложки. Области р-типа с высокой концентрацией носителей заряда (дырок) образуют с полупроводником р-n переход. Один из них при любой полярности напряжения на С (относительно И) оказывается включенным в обратном направлении и препятствует протеканию тока I_с.

При отсутствии управляющего напряжения U_зи токопроводящий канал между И и С отсутствует. Канал может наводиться (индуцироваться) под воздействием соответствующего напряжения на затворе. При отрицательном U_зи поперечное электрическое поле через диэлектрик (SiO₂) проникает в толщу подложки, выталкивает собственные электроны подложки и притягивает дырки, образуя канал (т.е. “обогащает” его дырками). Пропорционально концентрации дырок и толщине канала увеличивается его проводимость и соответственно ток I_с. Минимальное (отрицательное) напряжение на затворе, при котором возникает ток I_с (или индуцируется канал) называется пороговым напряжением и обозначается U_зи пор.

Аналогично происходит образование канала в МДП транзисторе с индуцированным n-каналом_.

Из всех видов ПТ только транзистор с индуцированным каналом при нулевом напряжении на затворе не проводит тока. Транзистор со встроенным каналом может проводить ток как при положительном, так и при отрицательном смещении. Для его запирания необходимо положительное смещение при дырочной электропроводимости канала и отрицательное смещение при электронной электропроводимости (полярность запирающего напряжения совпадает со знаком заряда основных носителей в канале).

Для нормальной работы полевых транзисторов к стоку подключается источник напряжения положительным полюсом для транзисторов с каналом п-типа и отрицательным – для транзисторов с каналом р-типа (независимо от структуры транзистора).

2.2.5. Характеристики МДП транзисторов