2.3.2 Статичні характеристики польового транзистора з керуючим р-n-переходом

Розглянемо вольт-амперні характеристики польових транзисторів з р-n- переходом. Для цих транзисторів представ-ляють інтерес два види вольт амперних характеристик: стічні та стоко-затворні. Стокові характеристики польового транзистора з р-n- переходом і каналом n-типу показані на рис. 2.9. Вони відображають залежність струму стоку від напруги U_си при фіксованій напрузі U_зи: I_c = f (U_св) при U_зв = const.

Рис. 2.9. Вольт-амперні характеристики польового транзистора з р-п- переходом і каналом п-типу:

а – стокові (вихідні); б - стоко-затворна

Основні параметри: Максимальний струм стоку I_{с max} (при U_ЗВ = 0). Максимальна напруга стік-витік U_{си max.} Напруга відсічення U_ЗВ..

Внутрішнє (вихідна) опір r_i - являє собою опір транзит-тора між стоком і витоком (опір каналу) для змінного струму:

при при U_зв = const. (2.7)

Крутизна стоко-затворної характеристики відображає вплив напруга затвора на вихідний струм транзистора і визнача-ється за формулою:

при U_св = const. (2.8)

Вхідний опір при U_св = const транзистора визначається опором р-n- переходів, зміщених у зворотному напрямку. Вхідний опір польових транзисторів з р-n- переходом досить велике (досягає одиниць і десятків мегаом), що вигідно відрізняє їх від біполярних транзисторів.

при U_св = const, (2.9)

2.3.3. СІТ-транзистори

У середині 70-х років минулого століття багаторічні дослідження (Япо­нія, США) завершились створенням транзистора із статичною індукцією – СІТ-транзистора. Цей транзистор, будучи по суті ПТ з керуючим р-п пере­ходом, є твердотільним аналогом електронновакуумної лампи – тріо­да, у якої вихідна характеристика при нульовому значенні сигналу керу­вання за формою нагадує характеристику р-п переходу. З ростом від’ємного значення напруги керування характеристики зсуваються вправо.

На відміну від площинної горизонтальної конструкції ПТ з керую­чим р-п переходом, СІТ-транзистор має вертикальну конструкцію. Наприклад, p-шари затвору вводяться в шар вертикально. Таке виконання забезпечує приладу роботу при напругах до 2000 В й частотах до 500 кГц. А розміщення на одному кристалі великого числа елементарних транзисторів з наступним їх паралельним з’єднанням забезпечує робочі струми до 500 А – це вже є силовим електронним приладом. Умовне позначення СІТ-транзистора зображене на рис. 2.10.

В

Рис. 2.10. Умовне позначення СІТ-транзистора

Крім роботи в режимі ПТ, цей транзистор може працювати в режимі БТ, коли нп затвор подається додатнє зміщення.

2.3.4. Польові транзистори з індукованим каналом

У даний час широке поширення одержали польові тран-зистори з ізольованим затвором, так звані МДН‑транзистори (метал-діелектрик-напівпровідник) або МОН‑транзистори (метал-окисел-напівпровідник).

В транзисторах з ізольованим затвором модуляція провідності каналу здійснюється за допомогою металевого електрода, відділеного від каналу тонким шаром діелектрика.

Конструкція схематично наведена на рис.2.11.

В

С

З

Рис. 2.11. Конструкція МОН‑транзистора з індукованим каналом

Основою приладу служить пластинка (підкладка) зі слаболегованого кремнію з p‑провідністю. Стік і витік володіють n‑провідністю. Між ними проходить вузька слаболегована смужка кремнію з n‑провідністю (канал). Затвор виконується у виді металевої пластинки, яка ізольована від каналу шаром діелектрика.

Канал може збіднюватися або збагачуватися рухомими носіями заряду (електронами) шляхом прикладання до затвора негативної або позитивної напруги (відносно витоку). При негативній напрузі на затворі електрони провідності, “виштовхуються” з області каналу в об’єм напівпровідника підкладки. При подачі на затвор позитивної напруги відбувається “втягування” електронів провідності з підкладки в канал. Отже, зміна напруги на затворі викликає зміну провідності каналу (і, відповідно, струму, який протікає через цей канал).

При протіканні струму через канал потенціал стоку підвищується. Це викликає збіднення основними носіями (електронами) області каналу, розташованої поблизу стоку, що рівносильно звуженню ефективного перетину каналу транзистора з керуючим p‑n- переходом.

У такий спосіб на відміну від польового транзистора з керуючим p‑n переходом транзистор з ізольованим затвором може працювати з нульовим, негативним або позитивним зміщенням. Іншою важливою перевагою польових транзисторів з ізольованим затвором є дуже високий вхідний опір, обумовлений опором ізолюючого прошарку між затвором і каналом.

На рис. 2.12. зображено умовне позначення польових транзисторів. Потрібно зазначити, що виготовлення польових транзис-торів за планарно-епітаксиальною технологією порівняно нескладне і спрощує створення мікроелектронних схем. Особливо просто виготовляються МДН-транзистори з індукованим каналом, оскільки в кристалі треба зробити лише дві області витоку і стоку. Для запам’ятовуючих пристроїв створені МДН-транзистори з діелектриком, що складається з двох шарів.

Рис. 2.12. Умовне позначення польових транзисторів:

а - з вбудованим каналом n-типу; б - з вбудованим каналом р-типу; д - з індукованим каналом р-типу.