1.7.1. Устройство полевых транзисторов

Полевой транзистор с управляющим электронно-дырочным переходом имеет два невыпрямляющих контакта к области полупроводника, через которую проходит ток и один (либо два) управляющих электронно-дырочных перехода, смещенных в обратном направлении.

Изменением обратного напряжения на переходе управляют шириной перехода, тем самым изменяется толщина слоя полупроводника, по которому протекает ток.

Область полупроводника, по которой протекает ток основных носителей, называется каналом.

Электрод, из которого основные носители входят в канал, называется истоком.

Электрод, через который основные носители уходят из канала, называется стоком.

Электрод, служащий для управления толщиной канала, называется затвором.

Различают два типа полевых транзисторов:

• Полевые транзисторы с управляющими p-n-переходами: В данном транзисторе затвор в электрическом отношении отделен от канала p-n-переходом, смещенном в обратном направлении.

• Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы). В этом транзисторе затвор в электрическом отношении отделен от канала слоем диэлектрика. МДП-транзисторы – четырехэлектродные приборы, четвертым электродом – подложкой – является кристалл полупроводника, на основе которого выполнен весь прибор.

Канал в полевых транзисторах может иметь проводимость p-типа и n-типа. Однако при использовании канала p-типа будут худшие частотные свойства, хуже стабильность параметров и выше уровень шумов по сравнению с каналом n-типа.

Устройство и графическое изображение различных полевых транзисторов на основе кристалла полупроводника n-типа приведено на рисунке 1.7.1.1.

Транзистор с управляющим n-p-n-переходом	МДП транзистор с индуцированным каналом	МДП транзистор со встроенным каналом

Рис 1.7.1.1. Устройство и графическое изображение полевых транзисторов

Ток в полевых транзисторах обусловлен движением в канале только основных носителей заряда (это дрейф основных носителей заряда под действием электрического поля). Управляющее поле создается обратным напряжением на управляющем p-n-переходе или на затворе в МДП - транзисторах. Токи в цепи управления (в затворе) имеют малую величину, и, следовательно, входное дифференциальное сопротивление цепи управления велико.

С точки зрения проводимости и входных токов и сопротивления, полевые транзисторы близки к электронным лампам. Поэтому, как и в лампах, усилительные свойства полевых транзисторов принято характеризовать крутизной характеристики, определяющей зависимость выходного тока (тока стока) от напряжения, приложенного к входной цепи (цепи затвора).

1.7.2. Принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

Рис 1.7.2.1. Устройство и принцип работы полевого транзистора

Электрическое сопротивление канала между истоком и стоком зависит от толщины канала (см. рис 1.7.2.1). Толщина канала может уменьшаться за счет изменения ширины p-n-перехода. Ширина p-n-перехода зависит от приложенного к нему обратного напряжения, то есть изменяется при изменении отрицательного напряжения затвор-исток .

Изменяя напряжение затвор-исток, можно управлять электрическим сопротивлением канала. При подаче положительного напряжения между стоком и истоком под действием электрического поля возникает дрейф основных носителей зарядов в канале n-типа от стока к истоку.

В результате приложения положительного напряжения между стоком и истоком изменяется электрическое поле в теле полупроводника, что приводит к изменению конфигурации p-n-перехода – будет наблюдаться вытягивание запирающего слоя по направлению к стоку.

Объясняется данный процесс следующим образом. Если не учитывать сопротивление канала, можно считать, что потенциал у стока соответствует напряжению . Тогда для p-n-перехода потенциал на переходе у стока будет определяться величиной и тем самым увеличивается потенциальный барьер на переходе и его ширина. В тоже самое время потенциал у истока остается неизменным и определяется напряжением .

Приложение положительного напряжения вызывает не только протекание тока стока по каналу, но и изменение конфигурации самого канала. Значение тока стока определяется сопротивлением канала.

Ток затвора обусловлен движением неосновных носителей зарядов через обратно смещенный электронно-дырочный переход. Ввиду незначительной концентрации неосновных носителей заряда ток затвора мал.

Током стока можно управлять напряжением затвор-исток . При некотором значении напряжения ширина перехода может возрасти до такой величины, что весь канал будет перекрыт. При этом ток стока будет равен нулю и транзистор запирается.

Напряжение , при котором транзистор запирается, называется напряжением отсечки .

Как отмечалось выше, увеличение ширины электронно-дырочного перехода также происходит и при возрастании напряжения сток-исток . Можно предположить, что при этом также возможно полное запирание канала.

Практически полного запирания канала не наблюдается, то есть в цепи стока протекает некоторый ток. Это связано с тем, что возрастание напряжения сток-исток приводит к вытягиванию запирающего слоя в направлении стока и при этом всегда остается некоторая конечная толщина канала.