3.10 Будова та характеристики уніполярних транзисторів

Канальним транзистором називається трьохелектродний напівпровідниковий прилад, в якому керування струмом здійснюється шляхом зміни товщини напівпровідникового шару, що проводить струм.

Будову канального транзистора показано на рис. 3.12.

Тонкий шар напівпровідника n або p типу, обмежений з двох сторін електронно-дірковими переходами, називається каналом. Принцип дії транзистора з каналом n і з каналом p типу один і той же.

Рисунок 3.12 – Будова канального двозатворного польового транзистора

й схема його включення

Вмикання каналу в електричне поле забезпечується за допомогою омічних електродів. Одним з них називається витоком, через нього носії заряду поступають в прилад. Другий називається стоком. Електрод через який підводиться напруга до зовнішньої області p-n переходу, називається затвором. Канальний транзистор може мати два затвора, або один загальний для обох p-n переходів. Електричний опір каналу залежить від його товщини, шириниі довжини

.

Товщина каналу , що визначає його електричний опір, залежить від глибини проникнення в канал p-n переходів, так як область p-n переходів практично не має рухомих носіїв заряду і має великий електричний опір. Якщо прикладати до затвору напругуможна змінювати глибину проникнення p-n переходу в канал, таким чином товщину каналу та його електричний опір.

В результаті буде змінюватись величина струму , протікаючого в колі під дією прикладеної до стоку напруги. На цьому і базується принцип дії транзистора.

Додатковий затвор, як правило,використовується для встановлення початкової товщини каналу, або включається паралельно керуючому затвору.

Канальний транзистор називається польовим, зміна товщини каналу в ньому зумовлюється електричним полем p-n переходу.

Вихідні характеристики транзистора, визначають залежність струму від напруги, при заданій напрузі(рис. 3.13).

Рисунок 3.13 – Вихідні характеристики польового транзистора

При при додатних напругахв каналі виникає струм, а p-n переходи одержують зворотні зміщення і розширяються. Чим ближче до стоку, тим більше зміщення p-n переходів і тим вужчий в цьому місці канал. При збільшенні додаткової напруги стоку вихідний струмзростає, але при цьому одночасно зменшується товщина каналу, тому залежність струму від напруги не підвласна закону Ома. Коли напруга стоку досягає деякої величини, яка називається напругою насичення, канал повністю перекривається, вихідний струмдосягає максимального значення і його подальший ріст при збільшенні вихідної напругипрактично завершується. Лише при значній величинінаступає пробійp-n переходу і струм в колі “стік-затвор” лавинноподібно зростає.

Вихідна характеристика польового транзистора нагадує по зовнішньому вигляду характеристику пентоду. Круто зростаюча ділянка цієї характеристики називається областю провідності каналу, полога — областю насичення.

Якщо на затвор подана зворотна напруга то перекриття каналу наступає при меншій величині напруги стоку

.

Величина максимального струму у вихідному колі при цьому також стає меншою.

При зворотній напрузі затвору , рівному по абсолютній величині напруги насичення, канал відсікається вже при. Ця напруга затвору називається напругою відсічки.

Рисунок 3.14 – Прохідна характеристика польового транзистора

Стік-затворна характеристика польового транзистора приведена на рис. 3.13. Важливими перевагами польових транзисторів в порівнянні з біполярними є виключно мала величина керуючого струму, оскільки в колі затвору протікає лише зворотний струм переходу. Ефективність керуючої дії затвору в канальному транзисторі, як в електронних ламп оцінюється крутизною

,

як правило .

Температурні коефіцієнти параметрів канальних транзисторів значно кращі, ніж в біполярних і, як правило, не перевищують 0,019 на . Залежність параметрів польового транзистора від температури зумовлена впливом останньої на рухомість носіїв в каналі і контактну різницю потенціалів.

Вплив цих факторів протилежний, з ростом Т контактна різниця і товщина переходу зменшується, що призводить до розширення канальна і збільшення вихідного струму. З другої сторони з ростом температури рухливість носіїв заряду, падає, що визиває зменшення струму. В залежності від умов результуючий температурний коефіцієнт може бути додатнім, від’ємним або навіть нульовим

Перевагою польових транзисторів є також виключно малий рівень шумів. Він визначається тепловими флуктаціями в каналі незначними дробовими шумами закритого p-n переходу.

3.11 МДН-транзистори

Будова МДН-транзисторів подана на рис. 3.15.

Вони розподіляються на дві групи: з вбудованим і з індуктивним каналами.

Рисунок 3.15 – Будова транзисторів з ізольованим затвором

з вбудованим (а) і з індукованим (б) каналами

Ізоляція між затвором, виконаному у вигляді металевого шару, і напівпровідником здійснюється за допомогою тонкої діелектричної плівки. В зв’язку з цим їх називають МДН або МОН транзисторами.

Для транзисторів з вбудованим каналом характерні два режими: збагачення і збіднення. Для транзисторів з каналом p-типу в режимі збагачення на затвор подається від’ємний потенціал, який допомагає збільшенню концентрації дірок в каналі, а саме зменшенню опору каналу. Струм стоку з ростом при цьому зростає

,

.

Режим збіднення наступає при додатному .

При цьому здійснюється витіснення дірок із каналу, його опір зростає і стум стоку зменшується з ростом .

Стік-затворна характеристика для транзистора з вбудованим каналом p-типу, має вигляд поданий на рис. 3.16.

Рисунок 3.16 – Вихідні вольт-амперні характеристики транзисторів з ізольованим затвором

Рисунок 3.17 – Прохідна характеристика транзистора з вбудованим каналом p-типу

Для транзисторів з індукованим каналом p-типу при додатному чи рівному нулю струм стоку дорівнює нулю, оскільки обидва переходи ввімкненні назустріч.

При від’ємному поверхневий шар збагачується дірками, а саме утворюється індуктивний канал, що має підвищену провідність, через який починає проходити струм стоку. Збільшеннявід’ємне визиває збільшення струму стоку.

а) б)

Рисунок 3.18 – Вихідні (а) та прохідна (б) характеристики транзистора з індукованим каналом p-типу