Лабораторная работа №3 Исследование температурных зависимостей вах полевого транзистора.

3.1. Конструкция полевого транзистора с управляющим p-n переходом начинается с подложки, слабо легированного полупроводникового материала n-типа или p-типа, p-n переход изготавливают плавлением или диффузией[1] На рисунке 3.1 показан принцип устройства полевого транзистора, изготовленного по планарно-эпитаксиальной технологии с каналом p-типа и условное графическое изображение (УГО).

– E_зи +E_си

+ –

И З С

p

n+

С

n

И

Рисунок 3.1 Принцип устройства и условное графическое обозначение полевого транзистора с каналом p-типа и управляющим p-n переходом

Полевой транзистор с p-n переходом имеет три вывода. Один вывод соединен с подложкой и образует затвор(3). Выводы , соединенные с концами канала образуют исток (И) и сток(С). Работа полевых транзисторов с p-n переходом требует двух внешних источников смещения. Один (Е_си) подключается между стоком и истоком, заставляя ток течь через канал. Другой источник (Е_зи) подключают между затвором и истоком . Он управляет величиной тока через канал.

Для канала p- типа полярность источника Еси выбирают такой, чтобы основные носители в канале –дырки обеспечили ток от истока к стоку. Для канала n- типа полярность включения источников Е_си и Ез_и – противоположна . Ток , текущий от истока к стоку называют током стока полевого транзистора (I_c). Напряжение затвор –исток подают таким образом , чтобы затвор имел положительный потенциал по отношению к истоку. Это обеспечивает формирование обратно-смещенного p-n перехода между затвором и каналом и создает обеднённый слой в окрестности p-n перехода, который располагается вдоль всей длины канала. Обедненный слой шире у истока , т.к. напряжение Е_си суммируется с напряжением Е_зи, создавая более высокое напряжение обратного смещения, чем у истока. Размером обеднённого слоя управляет напряжение Е_зи. При увеличении Е_зи толщина обедненного слоя увеличивается , что приводит к уменьшению тока истока. Таким образом в полевом транзисторе с p-n переходом входное напряжение используется для управления входным током. Поскольку переход затвор –исток смещен в обратом направлении, полевой транзистор с p-n переходом имеет очень высокое входное сопротивление. Величина напряжения, требуемого для уменьшения I_с до нуля, называется напряжением отсечки Е_зи отсечки. Значение Е_зи, при котором I_c достигает насыщения, называют напряжением насыщения Е_си насыщения.

Полевые транзисторы с каналом p-типа и n-типа имеют одинаковые характеристики. Основное различие – в направлении тока I_с через канал .

Схематические обозначения для полевых транзисторов с разными каналами приведены на рисунке 3.2

C С

З З

И И

а) n-типа б) p- типа

Рисунок 3.2 Условные графические обозначения полевых транзисторов с p-n переходом p и n типа

Полярности напряжений Е_си и Е_зи для полевых транзисторов с p-n переходом и каналом p и n типа приведены на рисунке. 3.3

C С

– З + + З –

И И

+ – – +

а) n-типа б) p- типа

Рисунок 3.3 Полярности напряжений

Управляющее действие затвора наглядно иллюстрируют стоко-затворные характеристики I_c=f(Е_зи) при Е_си=const [1] в соответствии с рисунком 3.4 (а)

I_c,мА I_c,мА

Е_зи=0

Е_си=U₁ U₁ >U₂

- Е_зи

Ес_и=U₂

U _{отсечки} Е_си

(а) (б)

Рисунок 3.4 Стоко-затворные(управляющие) ВАХ полевого транзистора с каналом n-типа (а) и выходные(стоковые)ВАХ( б).

На рисунке 3.4(б) приведены выходные (стоковые)характеристики полевого транзистора I_c=f(Е_си) при Е_зи =const.

С увеличением Е_си ток I_с с начало растет быстро. Затем нарастание замедляется, т.е. наступает насыщение. Это объясняется тем, что с повышением Еси ток I_c увеличивается, но одновременно повышается обратное напряжение на p-n переходе, запирающий слой расширяется, канал сужается, что приводит к уменьшению I_c . Таким образом на I_c действуют два взаимно противоположных фактора, что приводит к постоянству I_c.

Повышение Е_си в конце концов приводит к электрическому пробою p-n перехода (штриховые линии на рисунке 3.4 (б).

В нормативно-технической документации на полевой транзистор приводят следующие параметры:

а) крутизна S= , при Е_си=const,

характеризует управляющее действие затвора;

б) внутреннее (выходное) сопротивление R_i= при Е_зи=const;

в) коэффициент усиления μ = - при I_c=const;

=SR_i

г) входное сопротивление R_вх= при Е_си=const.

О тепловой зависимости параметров полевого транзистора смотри[2].

3.2 Цель работы: Снять по точкам стоко-затворную и стоковую ВАХ полевого транзистора в диапазоне рабочих температур. Определить по ВАХ параметры полевого транзистора.