2.5. Полевой транзистор.

Полевые (другое название – канальные) транзисторы существенно отличаются от биполярных по своему принципу действия. У двух из трех модификаций этих элементов отсутствует электронно-дырочный переход. Электроды полевых транзисторов имеют названия исток, затвор и сток, исток и сток соединяет канал, по которому течет электрический ток. Затвор своим электрическим полем, как правило, без гальванической связи с каналом воздействует на сечение (ширину) канала и тем самым на значение тока в нем.

Несмотря на существенное различие в физике процессов допустима аналогия электродов полевого и биполярного транзисторов. Так, исток является аналогом эмиттера, сток – коллектора. Управляющий электрод – затвор является аналогом базы.

Принцип действия полевых транзисторов поясняет рис. 2.6.

Рис.2.6

Допустим, что исток и сток изготовлены из n-полупроводника: для того, чтобы между этими электродами потек ток (очевидно, что он будет представлять собой передвижение электронов), необходимо на сток подать «плюс» относительно истока. Однако это не единственное условие, которое требуется выполнить – для прохождения электронов требуется создать канал из того же n-полупроводника. Интенсивность тока по каналу практически линейно зависит от его сечения, поэтому регулировать значение тока можно, меняя ширину канала.

Сечением канала управляют напряжением, подаваемым на затвор. Как правило, между затвором и каналом размещают слой диэлектрика (часто – окисла). Поскольку сам электрод «затвор» представляет собой слой металлизации, то в транзисторе образуется чередование слоев Металл – Диэлектрик- Полупроводник (МДП-структура). Если диэлектриком является окисел, то такую структуру называют МОП-структурой. По аббревиатуре слоистой структуры данную группу полевых транзисторов называют МОП-транзисторами.

Наличие слоя диэлектрика между затвором и каналом исключает гальваническую связь между управляющим электродом и объектом управления, характерную для биполярных транзисторов (где база не имеет гальванической развязки с эмиттером и коллектором). Управление током через канал со стороны затвора осуществляется электрическим полем. Ток затвора практически равен нулю, а входное сопротивление (между затвором и истоком) полевого транзистора составляет огромную величину. По этим параметрам полевые транзисторы существенно превосходят биполярные.

Канал конструктивно может быть сформирован по-разному. Если в структуре полевого транзистора он изготовлен в качестве слоя (транзистор со встроенным каналом), то при нулевом напряжении на затворе ток между истоком и стоком течет (см. вольт-амперную характеристику полевого транзистора, рис. 2.7, график 2). Такие полевые транзисторы называются транзисторами со встроенным каналом.

Рис.2.7.

Однако в некоторых модификациях транзисторов при нулевом напряжении на затворе канала нет, а между истоком и стоком находится зона чистого полупроводника. Чтобы в этой зоне создать (индуцировать) канал, надо «отогнать» нежелательные носители заряда вглубь ее. Например, если по каналу должны двигаться электроны, необходимо удалить из него дырки – для этого надо подать на затвор положительный потенциал. Транзисторы, в которых используется указанный механизм, называются транзисторами с индуцированным каналом (вольт-амперную характеристику транзистора с индуцированным каналом см. на рис. 2.7, график 3)

Как видно из рассмотрения, в полевых транзисторах электронно-дырочный переход не используется. Однако это верно только для МОП-транзисторов. Для регулировки сечения канала можно соединить затвор с каналом запертым p–n–переходом. При изменении напряжения затвора степень закрытия этого перехода, а значит ширина его обедненной зоны будет меняться. Конструктивно транзисторы рассматриваемого типа изготавливают так, чтобы обедненная зона «вторгалась» в канал – тогда при ее расширении канал сужается и наоборот. Полевые транзисторы с электронно-дырочным переходом имеют относительно меньшее входное сопротивление, чем МОП-транзисторы, что является их очевидным недостатком. Вольт-амперная характеристику транзистора с приведена на рис. 2.7, график 1).