1.2.3. Вольтамперные характеристики полевого транзистора с p-n-переходом

Выходных характеристики полевого транзистора в схеме с общим истоком (ОИ) приведены на рис. 24.

Выходных характеристики имеют начальный крутой участок в области от 0 до U_НАС , которые описываются формулой (57), и пологий при U_СИ>U_НАС, где. ток стока I_С остается практически постоянным, этот участок ВАХ называется участком насыщения. Незначительное увеличение тока стока I_С в режиме насыщения при повышении U_СИ объясняется некоторым увеличением длины перекрытого участка и соответствующим уменьшением длины канала и падения напряжения на канале. Поэтому выходная дифференциальная проводимость в режиме насыщения имеет конечное значение.

При дальнейшем увеличение U_СИ наступает пробой р-n-перехода и I_С лавинообразно возрастает. Пробой возникает на перекрытом участке канала в области стока, где напряженность поля максимальна.

Передаточные характеристики I_С= при U_СИ=const для пологого участка выходных характеристик (U_СИ>U_НАС) приведены на рис25. Ток I_С имеет максимальное значение при U_ЗИ =0. При U_ЗИ=U_ОТС канал перекрывается по всей длине, ток выходной цепи становится минимальным и определяется лишь током неосновных носителей заряда. Этот ток является неуправляемым и может составлять единицы наноампер.

Передаточная характеристика теоретически описывается формулой (58), на практике пользуются более удобной аппроксимацией:

, (60)

которую обычно записывают в виде:

, , (60а)

где b – удельная крутизна.

Входные характеристики представляют собой обратную ветвь вольтамперной характеристики p-n-перехода затвора. Ток затвора составляет единицы – десятки нА, входное сопротивление – 10⁸10⁹ Ом.

1.2.4. Транзисторы с изолированным затвором (мдп-транзисторы)

В этих транзисторах затвор отделен от полупроводника тонким слоем диэлектрика (0,1-0,2 мкм), в качестве которого чаще всего используется диоксид кремния (МОП-транзисторы). Аббревиатуры МДП и МОП показывают чередование слоев затвора: металл – диэлектрик – полупроводник и металл – оксид – полупроводник Устройство МДП-транзистора с индуцированным n-каналом показано на рис. 26а. На кремниевой подложке p-типа созданы сильно легированные области истока и стока n⁺-типа на расстоянии L. В исходном состоянии канал отсутствует и между этими областями нет проводимости, т.к. их разделяет два встречно включенных p-n-перехода (заштрихованные области на рис. 26а). Подложка обычно соединяется с истоком, но может иметь также отдельный вывод, как показано на рис. 22в, и служить вторым управляющим электродом.

При подаче положительного напряжения на затвор под ним образуется слой, обедненный дырками, и с увеличением напряжения толщина этого слоя возрастает. Электроны при этом притягиваются к поверхности и их поверхностная концентрация n_s растет. При некотором значении U_ЗИ, которое называется пороговым U_ПОР, поверхностные концентрации электронов и дырок выравниваются n_s=p_s=n_i. При U_ЗИ>U_ПОР происходит инверсия проводимости и под затвором образуется тонкий слой, в котором основными носителями становятся электроны – образуется канал, соединяющий области стока и истока. С увеличением напряжения U_ЗИ растет заряд электронов притянутых к поверхности, проводимость канала увеличивается. Этот заряд сосредоточен в очень тонком слое, толщиной 1-2нм. При подаче на сток напряжения (U_CИ>0) в канале возникает ток I_С и вдоль канала появляется падение напряжения U(x), величина которого зависит от расстояния x до истока. При этом между затвором и каналом будет действовать уже разность напряжений - U_ЗИ - U(x), и плотность поверхностного заряда уменьшается по направлению к стоку. С увеличением напряжения U_CИ растет ток стока и одновременно падает плотность поверхностного заряда на выходе канала. При U_СИ =U_НАС разность U_ЗИ – U_СИ= U_ПОР, плотность заряда на выходе обращается в ноль и канал перекрывается, ток достигает максимального значения. Таким образом,

U_НАС= U_ЗИ –U_ПОР (61)

При дальнейшем увеличении U_CИ все избыточное напряжение U_СИ -U_НАС падает на перекрытом участке, ток практически не изменяется, длина перекрытого участка ΔL при этом увеличивается и длина канала несколько уменьшается (рис. 26б).

В транзисторах со встроенным каналом канал существует в исходном состоянии, и они могут работать при разной полярности U_ЗИ при U_ЗИ>-U_ПОР= U_ОТС.

Устройство и принцип действия транзисторов с p-каналом аналогичны, лишь тип проводимости областей на рис.26 и полярность прикладываемых напряжений меняется на противоположный.