Лекция 3 Полевые транзисторы

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, управляемым электрическим полем и протекающим через проводящий канал.

Данное определение полевого транзистора объясняет существование трех различных терминов, определяющих этот тип приборов. По принципу управления электрическим током (электрическим полем) такие приборы называют полевыми. Их также называют униполярными (в отличие от биполярных), поскольку перенос тока в них обеспечивают носители заряда одного типа. Наконец, можно встретить термин «канальные приборы», поскольку параметры такого прибора определяются свойствами канала, в котором могут перемещаться носители заряда.

Управление током полевого транзистора выполняется с помощью электрического поля, созданного управляющим сигналом. В полупроводнике имеется область, в которой перемещаются носители заряда, и проводимостью которой управляет внешнее электрическое поле. Эта область называется каналом, он может быть полупроводником p – или n – типа. Электрод, через который в канал поступают носители заряда, называется истоком (обозначается И). Электрод, через который выходят из полупроводника носители заряда, называется стоком (С). Электрод, на который подается управляющий сигнал, называется затвором (З).

Полевые транзисторы различаются физической структурой и способом управления проводимостью канала. Они подразделяются на транзисторы с управляющим - переходом, транзисторы с изолированным затвором. Транзисторы с изолированным затвором имеют структуру «метал – диэлектрик – полупроводник» (МДП). В качестве диэлектрика используется оксид кремния, такие транзисторы имеют структуру МОП.

3.1 Полевые транзисторы с управляющим - переходом

, Структура полевого транзистора с управляющим - переходом, показанная на рисунке 3.1, состоит из канала (в данном случае,- типа), окруженного сильно легированным полупроводником- типа, который является затвором.

Рисунок 3.1 - Структура полевого транзистора с управляющим pn- переходом

От канала сделаны два вывода: исток и сток. Электронно-дырочный переход между затвором и каналом несимметричный и поэтому расположен, в основном, в зоне канала. Принцип действия транзистора заключается в управлении проводимостью канала, за счет изменения его проводящего сечения. Полярность напряжения, подводимого к затвору , выбирается так, чтобы- переход между каналом и затвором был смещен в обратном направлении. Это приводит к увеличению ширины- перехода, в основном, за счет высокоомногослоя, таким образом, проводящее сечение канала уменьшится.

Рисунок 3.2 - Выходная (а) и управляющая (b) характеристики полевого транзистора с управляющим - переходом

Свойства полевого транзистора отображаются семействами выходной и управляющей характеристик, которые имеют следующий вид, показанный на рисунке 3.2.

Рассмотрим выходную характеристику, при. Начальный участок носит линейный характер, по мере ростаканал постепенно сужается и приобретает коническую форму за счет падения напряжения на канале, что ведет к замедлению роста тока. При некотором значении напряжениятокдостигает тока насыщения, и дальнейшее увеличение тока не происходит, т.к. одновременно с ростом напряжения происходит увеличение сопротивления канала. Если к затвору относительно истока приложить отрицательное напряжение(с учетом знака), то эффект насыщения наступит при меньшем значении напряжения. На характеристиках выделяют областьI, где характеристика имеет крутой спад. В этой области транзистор ведет себя как регулируемый резистор. Правее, в области II, ток стока мало зависит от напряжения, транзистор является регулируемым источником тока.

Рассмотрим управляющую характеристику при. Обычно, эта характеристика соответствует режиму насыщения, в котором токмало зависит от напряжения. Физически изменение токапри изменении напряженияобусловлено изменением сечения канала, чем больше отрицательное напряжение, тем тоньше канал, меньше его проводимость и, соответственно, ток. При некотором напряженииток, следовательно, весь канал будет занят непроводящим слоем,- переходом.

Управляющая и выходные характеристики взаимосвязаны. Располагая семейством выходных характеристик, легко построить управляющую характеристику путем переноса соответствующих точек из одной системы координат в другую, как это показано на рисунке 3.2.