Лекции

которое называется внутренним уравнением.

В качестве предельно допустимых электрических параметров нормируются UСИ max и UЗИ max , т.к. их неограниченный рост приводит к пробою р-n-перехода затвор-канал и выходу из строя прибора; максимальная мощность рассеивания стоком PСmax ; максимально допустимый ток стока IСmax . Кроме того, надо помнить о существовании межэлектродных емкостей: затвор-сток CЗС и затвор-исток

CЗИ (обычно 10 20 пФ). Отсюда ограничение по частоте.

1.7.3. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МОП, МДП)

Идея работы этих транзисторов основана на управлении объемным зарядом внутри полупроводника через слой диэлектрика толщиной 0,1 0,2 мкм. Они обладают очень высоким входным сопротивлением (1012 1014 Ом) и лучшими шумовыми характеристиками за счет отсутствия р-n-перехода и процессов в нем.

Характерной особенностью полевых транзисторов, и особенно МДП-типа, являются весьма малые размеры активной части. Области стока и истока представляют собой весьма тонкие высоколегированные участки. Слой диэлектрика имеет толщину 0,1 0,25 мкм. Все это приводит к снижению электрической и тепловой прочности приборов. Даже заряды в 0,1 мкКл (которые могут накапливаться на операторах из-за статической электризации) могут привести к пробою между электродами. Поэтому пайку надо производить паяльником с заземленным жалом, в момент пайки все выводы должны быть закорочены. Повреждения в результате

93

тельно истока. Если подать на затвор минус, то поле затвора стремится как бы вытолкнуть электроны из зоны канала, т.е. обеднить его основными носителями, в результате растет сопротивление канала. Такой режим называется обеднением. При UЗИ 0 поле затвора стремится «втянуть» в канал дополнительные электроны, сопротивление его падает. Такой режим называется обогащением.

В транзисторе с индуцированным каналом при UЗИ 0 канал n-типа отсутствует и между стоком и истоком течет очень малый обратный ток р-n-перехода между n- и р-областями. При UЗИ 0 в поверхностном слое р-типа накапливается достаточно электронов для образования n-канала. Напряжение, при котором он образуется, называется пороговым. То есть работа идет только в режиме обогащения.

Статические характеристики таких транзисторов, по сути, такие же, как и для предыдущего случая, т.е. представляют собой зависимость IС f UСИ при UЗИ const для выходных и зависи-

мость IС f UЗИ при UСИ const для проходных. Сами характе-

ристики для обоих видов МДП-транзисторов показаны на рисунках

1.52 и 1.53.

Рис. 1.52

Переход от крутого участка к пологому обусловлен тем, что канал даже при UЗИ 0 изменяет свою геометрию с изменением UСИ . Ведь тут тоже образуется р-n-переход, который напряжением UСИ модулируется, а именно расширяется, а канал при этом перекрывается.

Изготавливаются тиристоры из кремния и выпускаются на

очень широкий диапазон токов и напряжений (от 10 3 А до n 103 А и от десятков до десятков тысяч вольт). Маломощные приборы применяются в релейных системах и коммутационных устройствах, а мощные приборы – в преобразовательной технике. Тиристоры могут выпускаться с двумя основными электродами (анодкатод), и включение их в этом случае осуществляется путем изменения полярности приложенного напряжения. Такие тиристоры называются неуправляемыми или диодного типа – динисторами. Другой тип тиристоров – с тремя электродами, которые, собственно, и называются тиристорами или тринисторами. Они имеют третий электрод – управляющий, осуществляющий перевод тиристора из закрытого состояния в открытое. Если с помощью управляющего электрода возможно только включение тиристора, то такие тиристоры называют однооперационными, а если возможно и выключение, то – двухоперационными.

1.8.2. Неуправляемые тиристоры (динисторы)

Динисторы представляют собой четырехслойную структуру, выполненную путем внесения в исходный монокристалл акцепторной примеси для образования слоев p1 и p2 и донорной примеси для слоев n1 и n2 (рис. 1.55).

Рис. 1.55

При этом образуется три перехода П1, П2 и П3. Слой p1 работает при указанной полярности напряжения («+» к аноду и «–» к катоду), как эмиттер, инжектирующий дырки в слой n1 – базу. А слой n2 – как эмиттер, инжектирующий электроны во вторую базу p2. Полный ток в эмиттерных слоях создается главным образом дырками или электронами, а в базах – и теми, и другими.

В определенном диапазоне изменения Ua выполняется условие зарядной нейтральности баз, суть которого в том, что при отсутствии электрического поля число зарядов противоположных знаков в любом объеме полупроводника одинаково (у нас поле сосредоточено в переходах). Основываясь на этом, можно записать выражение баланса зарядов для каждой из баз:

идут.) А на основе того, что в любом сечении последовательной цепи ток одинаков, токи Ip In и равны току через коллекторный

переход П2 IП2 и току во внешней цепи Ia. Поэтому можно запи-

сать: Ia Ip In IП2 , в свою очередь IП2 Ip p In n Iк . Очевидно, что для выполнения баланса зарядов по выражениям (1.72) в соответствующем диапазоне изменения Ua должно выполняться

условие p n 1. Сам баланс зарядов в базах поддерживается

при этом изменением собственного тока коллекторного перехода

Iк Iкp Iкn .

же p и n приводит к накоплению дырок в слое p2 и электронов в слое n1, т. е. к уменьшению обратного смещения П2 и уменьшению тока Iк . Следовательно, процесс этот носит динамический характер, где превалируют те или иные его фазы в зависимости от величины Ua . Уяснить эту динамику можно с помощью вспомога-

тельных зависимостей, приведенных на рисунке 1.59, где Uк – па-

дение напряжения на П2; UП1 UП3 – падение напряжения на эмиттерных переходах; Iк – обратный (собственный) ток коллек-

щенном переходе П2 растет, растет его собственный ток Iк , растут

UП1 UП3 , растетUa , но растут и p n . Картина распределе-

ния зарядов при этом соответствует рисунку 1.57.

На участке 1 2 рост обратного смещения перехода П2 за счет внешнего источника напряжения компенсируется полем, создаваемым объемными зарядами электронов, накапливаемых в n1, и дырок, накапливаемых в p2, в результате напряжение на коллекторном переходе UK остается постоянным, ток коллекторного перехода Iк при

этом тоже будет постоянным, сумма напряжений UП1 UП3 слегка