498

Глава 9. Полевые Транзисторы

9.1. Классификация и области применения

К полевым транзисторам относится широкий класс полупроводниковых приборов, в которых управление выходным током осуществляется воздействием электрического поля, направленного перпендикулярно направлению тока, создаваемого напряжением входной цепи. В отличие от биполярных транзисторов выходной ток определяется основными носителями заряда. Поэтому их называют униполярными транзисторами. Структура полевых транзисторов содержит три основных электрода: исток, сток и затвор. Электрод, от которого носители поставляются в канал, называется истоком, а область (электрод), принимающая эти носители в конце канала, ­– стоком. Исток, сток и канал имеют один тип проводимости n или p. Поэтому различают n-канальные или p-канальные транзисторы. Управляющее перпендикулярное поле создается с помощью электрода, называемого затвором. Конструктивно затвор расположен между истоком и стоком над областью канала. Пространственная длина канала определяется размером (длиной) затвора.

По особенностям принципа действия полевые транзисторы могут быть разделены на пять групп:

1. Канальные транзисторы с управляющим p-n переходом или барьером Шоттки;

2. МДП (или МОП) -транзисторы с изолированным затвором с индуцированным или встроенным каналом;

3. Полевые транзисторы со статической индукцией (SIT);

4. МДП-транзисторы с зарядоуправляемыми статическими характеристиками, реализующими энергонезависимую память;

5. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor).

С точки зрения проводимости транзистора при нулевом смещении затвора различают нормально закрытый и нормально открытый прибор.

В процессе эксплуатации, если цепь управления по какой-либо причине отключается, то нормально закрытый прибор запирается, а в нормально открытом приборе ток на выходе возрастает, что может привести к отказу прибора.

Полевые транзисторы нашли широкое применение как в энергетической электронике, так и в микроэлектронике. Основные функции полевых транзисторов в устройствах электроники заключаются в усилении, генерации и преобразовании аналоговых сигналов, а также работе в качестве ключевых активных элементов при обработке цифровой информации в устройствах ЭВМ и микропроцессорной техники и мощных ключей в устройствах промышленной электроники.

МДП-транзисторы занимают доминирующее положение в кремниевых цифровых СБИС статической и динамической памяти, энергонезависимой перепрограммируемой памяти, микропроцессоров и СБИС с программируемой структурой. Сверхбыстро-действующие цифровые БИС, реализуемые на основе арсенида галлия и тройных соединений, используют полевые транзисторы с барьером Шоттки. В СВЧ – устройствах канальные транзисторы на основе GaAs и тройных соединений с затвором Шоттки являются базовыми элементами усилителей, генераторов, смесителей, аналоговых ключей, аттенюаторов, модуляторов, умножителей частоты и ограничителей СВЧ- мощности в диапазоне частот до 70…100 ГГц. Освоению СВЧ диапазона способствовало появление гетероструктурного полевого транзистора с барьером Шоттки. Канал в таких транзисторах формируется в плоскости гетероперехода широкозонный-узкозонный полупроводник. Благодаря энергетической структуре гетероперехода формируется переходная канальная область с двумерным электронным газом с повышенной подвижностью электронов, а следовательно, быстродействием (High Electron Mobility Transistor – HEMT). Реализованы транзисторы данного типа с граничной частотой до 300 ГГц. С другой стороны, в силовой электронике и электротехнике мощные МДП-транзисторы, SIT транзисторы и IGBT занимают ведущее положение в высокочастотных (до 0,1…1,0 МГц) устройствах преобразовательной техники (вторичные источники питания, инверторы, системы управления и т. д.).

Названия разновидностей полевых транзисторов и их условные графические обозначения на электрических схемах приведены в таблице 9.1 (принятая абривиатура названия электродов: И – исток, З – затвор, С – сток, П – подложка). Направление стрелки электрода затвора или подложки указывает на тип канала.

Таблица 9.1

Наименование	Обозначение
Полевой транзистор с управляющим переходом с n- и p-каналом, нормально открытый	С С З И З И
Полевой транзистор с изолированным затвором обогащенного типа с p-каналом и n-каналом (с индуцированным каналом), нормально закрытый	С С П П З И З И
Полевой транзистор с изолированным затвором обедненного типа с p-каналом и n-каналом (со встроенным каналом), нормально открытый	С С П П З З И И
Канальный транзистор с управляющим барьером Шоттки, n-канальный, нормально открытый и нормально закрытый	С С З З И И
Двухзатворные (тетродные) полевые транзисторы: канальный с барьером Шоттки и МДП	З 2 С С З2 П З1 З1 И И
МДП-транзисторы репрограммируемых постоянных запоминающих устройств: n-канальный, p-канальный	С С П П З И З И
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), нормально закрытый	С З Е