МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

отчет

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Твердотельная электроника»

Тема: Исследование полевого транзистора с изолированным затвором

Студент гр. 0207 _________________ Маликов Б.И.

Преподаватель _________________ Тупицын А.Д.

Санкт-Петербург

2023

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является ознакомление с устройством и назначением полевых транзисторов с изолированным затвором, экспериментальное исследование их характеристик и параметров в статическом и динамическом режимах работы

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Полевой транзистор с изолированным затвором – это полевой транзистор, затвор которого отделен от канала слоем диэлектрика. Благодаря этому удается обеспечить значительное увеличение входного сопротивления транзистора и уменьшить мощность, потребляемую входной (затворной) цепью тран- зистора от источника сигнала, по сравнению с транзистором с управляющим p–n-переходом. Эти преимущества рассматриваемого транзистора позволяют использовать его как элементную базу интегральных схем микроэлектронных устройств, в которых обработка сигналов происходит при малых значениях их мощности (например, в портативных устройствах с батарейным питанием, запоминающих устройствах и т. д.).

Рис. 1 – Структуры полевых транзисторов с изолированным затвором: а – с индуцированным каналом, б – со встроенным каналом.

Для создания таких структур в кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, называемым подложкой, формируются две сильнолегированные области с противоположным типом электропроводности. На эти области наносятся металлические электроды – исток (И) и сток (С). Расстояние между этими областями может составлять всего несколько микрометров. Поверхность кристалла между истоком и стоком покрывают тонким слоем диэлектрика (~ 0,1 мкм).

Различают две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом. В МДП-транзисторах с индуцированным каналом проводящий канал между областями истока и стока появляется только при определенной полярности и при определенном значении напряжения на затворе относительно истока, которое называют пороговым напряжением U_ЗИпор. При напряжении на затворе относительно истока, равном нулю, и при наличии напряжения на стоке ток стока оказывается ничтожно малым. Он представляет собой обратный ток p–n-перехода между подложкой и сильнолегированной областью стока. При отрицательном потенциале на затворе в случае p-подложки в результате проникновения электрического поля через дэлектрический слой в полупроводнике при малых напряжениях на затворе, меньших порогового U_ЗИпор, у поверхности полупроводника вследствие образования индуцированных положительных зарядов возникает обедненный основными носителями (электронами) слой и область объемного (пространственного) заряда, состоящая из ионизированных нескомпенсированных примесных атомов.

Рис. 2 – Обозначения различных разновидностей полевых транзисторов с изолированным затвором: слева направо – с индуцированным р-каналом, со встроенным р-каналом, с индуцированным n-каналом, со встроенным n-каналом соответственно.

Типы и параметры объектов исследования

Табл. 1

Технические параметры полевого транзистора с изолированным затвором КП301

Параметр	Значение
UСИmax, В	20
UЗИmax, В	30
IСmax, мА	15
IСнач, мкА	0,5
S, мА/В	1…2,6
Pmax, мВт	200
fmax, МГц	100

СХЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Рис. 3 – Схема измерительной установки

Результаты измерений

1. Выходные характеристики полевого транзистора:

Табл. 2

Выходные характеристики при U_ЗИ = 8 В и U_ПИ = 0

IС, мА	0	-2	-2,8	-5,2	-9,2	-11,2
UСИ, В	0	-0,8	-1	-2	-5	-10

Табл. 3

Выходные характеристики при U_ЗИ = 6 В и U_ПИ = 0

IС, мА	0	-2	-4	-6	-6,8	-7,2
UСИ, В	0	-1	-2	-5	-8	-10

Табл. 4

Выходные характеристики при U_ЗИ = 4 В и U_ПИ = 0

IС, мА	0	-1,6	-2,4	-2,8	-3,2	-3,6
UСИ, В	0	-1	-2	-5	-7	-10

Рис. 4 – График выходных характеристики полевого транзистора

2. Передаточные характеристики полевого транзистора:

Табл. 5

Передаточные характеристики при U_СИ = -5 В и U_ПИ = 0

IС, мА	-0,9	-2,85	-6	-9,2
UЗИ, В	-2	-4	-6	-8

Табл. 6

Передаточные характеристики при U_СИ = -10 В и U_ПИ = 0

IС, мА	-0,95	-3,6	-8,2	-11,6
UЗИ, В	-2	-4	-6	-8

Рис. 5 – График передаточных характеристик полевого транзистора

Проводя экстраполяцию графика передаточных характеристик полевого транзистора (рис. 5), получаем значение порогового напряжения затвора U_ЗИотс = 1,21 В.

3. Зависимость стокового тока от напряжения подложки:

Табл. 7

Зависимость стокового тока от напряжения подложки при U_ЗИ = 8 В и U_СИ = 10 В

IС, мА	-11,6	-9,2	-8	-7,2
UПИ, В	0	-4	-8	-12

Рис. 6 – График зависимости тока стока от напряжения подложки