7 Полевые транзисторы

Полевой транзистор (ПТ) является униполярным прибором, в котором ток создается основным типом носителей, а неосновные носители существенной роли не играют. Название полевые связано с тем, что в них управлений выходным током производится с помощью электрического поля, создаваемого входным напряжением на управляющем электроде транзистора. Схематическое изображение ПТ с управляющим p-n-переходом показано на рисунке 17.

Рисунок 17 – Схематическое изображение полевого транзистора

Между левым электродом – истоком – и правым электродом – стоком – находится проводящий канал с проводимостью n-типа. Основные носители – электроны – при положительном напряжении стока относительно истока движутся от истока к стоку, при напряжении обратной полярности их движение имеет обратное направление. Сечение проводящего канала изменяется за счет обеднённых слоев, создаваемых приложением отрицательного напряжения на управляющий электрод, называемый затвором. Затвор из материала p-типа и проводящий канал из материала n-типа образуют p-n-переход; нормально смещенный в обратном направлении с помощью напряжения смещения . Напряжение между стоком и истоком падает вдоль проводящего канала, поэтому в правой частиp-n-перехода оно выше, чем в левой, в обеднённый слой справе распространяется дальше вглубь слоя n-типа. Изменяя напряжение на затворе, можно изменять сечение проводящего канала и длину суженной части канала и, следовательно, изменять ток стока. Характеристики ПТ с управляющим переходом напоминают характеристики пентода. ПТ изготовляются из кремния, арсенида галлия и др. полупроводников. Входное сопротивление кремниевого ПТ с управлявши переходом имеет величину 10⁶-10⁸ Ом. В ПТ часто применяют не только проводящий канал n-типа, но и канал p-типа.

Другой тип транзистора – транзистор с изолированным затвором. Между затвором из металла и полупроводниковым проводящим каналом находится тонкий изолирующий слой из окиси кремния. Все вместе образует структуру металл-окисел-полупроводник или сокращенно МОП.

Частотные свойства ПТ определяются временем пролета канала. Современные ПТ выполняются с очень малой длиной канала, достигающей единиц микрон, работают до частот порядка 10 ГГц и имеют очень высокую скорость переключения. ПТ в отличии от биполярного обладает температурной устойчивостью, т.к. повышение температуры вследствие прохождения тока вызывает увеличение сопротивления канала. Радиационная стойкость у ПТ значительно выше, чем у биполярных, но ниже, чем у электронных лама.

Наибольшее применение ПТ нашли в малосигнальных усилителях, начиная с усилителей постоянного тока и кончая усилителями СВЧ диапазона. ПТ широко применяются в интегральных схемах (ИС) для ЦВМ. Число элементов на единицу площадки в ИС, выполненной на ПТ, на порядок выше, чей на биполярных, но их частотные свойства на один-два порядка хуже. ПТ выпускают и в дискретном исполнении, т.е. в виде отдельных транзисторов. Существуют три основные схема включения ПТ: с общим истоком (ОИ), с общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).