Полевые транзисторы с изолированным затвором (мдп-транзисторы)

Термин "МДП-транзистор" используется для обозначения полевых транзисторов, в которых управляющий электрод – затвор – отделен от активной области полевого транзистора диэлектрической прослойкой – изолятором. Основным элементом для этих транзисторов является структура металл-диэлектрик-полупроводник (М-Д-П).

Технология МДП-транзистора с встроенным затвором приведена на рисунке:

Исходный полупроводник, на котором изготовлен МДП-транзистор, называется подложкой (вывод П). Две сильнолегированные области n⁺называется истоком (И) и стоком (С). Область подложки под затвором (З) называется встроенным каналом (n-канал).

Физической основой работы полевого транзистора со структурой металл-диэлектрик-полупроводник является эффект поля. Эффект поля состоит в том, что под действием внешнего электрического поля изменяется концентрация свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника. В полевых приборах со структурой МДП внешнее поле обусловлено приложенным напряжением на металлический электрод-затвор. В зависимости от знака и величины приложенного напряжения могут быть два состояния области пространственного заряда (ОПЗ) в канале – обогащение, обеднение.

Режиму обеднения соответствует отрицательное напряжение U_зи, при котором концентрация электронов в канале уменьшается, что приводит к уменьшению тока стока. Режиму обогащения соответствует положительное напряжение U_зи и увеличение тока стока.

ВАХ представлена на рисунке:

Топология МДП-транзистора с индуцированным (наведенным) каналом р-типа приведена на рисунке:

При U_зи = 0 канал отсутствует и I_c = 0. Транзистор может работать только в режиме обогащения U_зи < 0. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое U_зи.пор, то происходит формирование инверсионного канала. Изменяя величину напряжения на затворе U_зи в области выше порогового U_зи.пор, можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи U_си вызовет ток стока I_с.

ВАХ представлена на рисунке:

В МДП-транзисторах затвор отделен от полупроводника слоем окисла SiO₂. Поэтому входное сопротивление таких транзисторов порядка 10¹³…10¹⁵ Ом.

К основным параметрам полевых транзисторов относятся:

• Крутизна характеристики   при U_сп = const, U_пи = const. Типичные значения параметра (0,1...500) мА/В;

• Крутизна характеристики по подложке   при U_сп = const, U_зи = const. Типичные значения параметра (0.1...1) мА/В;

• Начальный ток стока I_с.нач. – ток стока при нулевом значении напряжения U_зи. Типичные значения параметра: (0,2...600) мА – для транзисторов с управляющим каналом p-n переходом; (0,1...100) мА – для транзисторов со встроенным каналом; (0,01...0,5) мкА – для транзисторов с индуцированным каналом;

• Напряжение отсечки U_зи.отс.. Типичные значения (0,2...10) В; пороговое напряжение U_п. Типичные значения (1...6) В;

• Сопротивление сток-исток в открытом состоянии. Типичные значения (2..300) Ом

• Дифференциальное сопротивление (внутреннее):   при U_зи = const;

• Статистический коэффициент усиления: μ = S · r_i

Наверх