Глава 6.

ПОЛЕВЫЕ (УНИПОЛЯРНЫЕ) ТРАНЗИСТОРЫ

Принцип действия полевых транзисторов совсем иной, чем рассмот­ренных ранее биполярных транзисторов. Например, в протекании тока в полевом транзисторе участвуют только основные носители одного знака (полупроводник одного типа): только дырки или только электроны. Отсю­да и термин «униполярный». С этой точки зрения рассмотренные ранее транзисторы называют биполярными (в них используются полупроводни­ки обоих типов). Далее, величина тока полевого транзистора управляется электрическим полем (а не током эмиттера, как в биполярном транзисто­ре). Отсюда происходит второе название - полевой транзистор. В этом от­ношении у полевых транзисторов много общего с электронно-вакуумными лампами.

Имеется несколько разновидностей полевых транзисторов:

1. Полевой транзистор (ПТ) с управляющим р-п переходом. Наибо­лее простой вариант этой разновидности - унитрон (дискретный вариант) - предложен В. Шокли ещё в 1952 г. В настоящее время название «полевой транзистор» относят только к этой разновидности (для сокращения длин­ного названия). Полевые транзисторы используют и в интегральных схе­мах. Однако применение их ограничено из-за их невысокого быстродейст­вия. Вместе с тем, рассмотрение простейшей модели ПТ - унитрона - су­щественно упрощает понимание принципа действия более современных ПТ.

2. Полевые транзисторы с изолированным затвором, получившие на­звание МДП-транзисторов (МОП-транзисторов). МОП-транзисторы очень широко применяются в интегральных схемах.

3. Полевые транзисторы со специфическими свойствами. Сюда отне­сём МОП-транзисторы с плавающим затвором, двухзатворные МОП- транзисторы, МНОП-транзисторы и полевые транзисторы с барьером Шоттки (ПТШ), которые широко применяются в цифровых микросхемах.

1. Унитрон

Самой простой моделью унитрона является брусок кремния л-типа с невыпрямляющими контактами на концах, в боковых поверхностях кото­рого методом вплавления индия образованы два соединенных параллельно р-п перехода, как показано на рис. 6.1,а.

Можно получить унитрон и вплавлением донора в брусок кремния p-типа. В дальнейшем, для определенности, рассматриваются только поле­вые транзисторы, выполненные из полупроводника и-типа. Интегральные ПТ выполняются по типу рассмотренных далее МОП-транзисторов. Прин­цип действия интегрального ПТ такой же, как и у унитрона. Вывод от р- области р-п перехода (от капли индия) называют затвором 3, выводы от невыпрямляющих контактов кремниевого бруска - истоком И (контакт, из которого втекают в канал подвижные носители-электроны) и стоком С.

р-п переход

с /г-каналом

с р-каналом

щ:

+

U_C

Рис. 6.1

Полевой транзистор (по аналогии с биполярным) можно включать в схеме с общим истоком ОИ (аналогичен ОЭ), общим затвором 03 (анало­гичен ОБ), общим стоком ОС (аналогичен ОК). На затвор подается обрат­ное для р-п перехода напряжение. Величина тока стока /_с будет опре­деляться величиной напряжения между стоком и истоком Uc и со- щютивлением канала (каналом называют область кремниевого бруска ме- вду р-п переходами, отсюда еще одно название - канальный транзистор). Условное обозначение такого транзистора и схема его включения с общим ■стоком (ОИ) приведены на рис. 6.1,6. При увеличении обратного напря­жения на затворе С/₃ (по отношению к истоку) р-п переход расширяется преимущественно в сторону канала (брусок выбирается высокоомным), ок показано пунктиром на рис. 6.1 ,а. Уменьшается поперечное сечение

канала, а сопротивление канала увеличивается, при этом ток в канале /с уменьшается. Такой режим называют режимом обеднения. Таким образом, за счет изменения обратного напряжения на затворе £/₃ (за счет изменения поля в р-п переходе) происходит управление током в канале /_с (ток затвора при этом равен обратному току р-п перехода /₀). На рис. 6.2,а приведены выходные (стоковые) статические характеристики унитрона, представ­ляющие зависимость тока стока /_с от напряжения между стоком и истоком U_с при постоянном напряжении на затворе (У₃:

/с=/(^с)|_[;з_=соп5,-

Рис. 6.2

На каждой характеристике .при увеличении напряжения Uc появ­ляется почти горизонтальный участок (вправо от точки Н). Режим, соот­ветствующий этому участку, называют режимом насыщения, а напряже­ние Uc, с которого начинается насыщение, напряжением насыщения t/сн- Насыщение обусловлено тем, что напряжение на р-п переходе не одинако­во по длине перехода: у стока оно равно сумме (Уз + Uc, у истока - только напряжению на затворе U3. Значит, и расширение р-п перехода у стока (вверху) больше, чем у истока (внизу), как показано пунктиром на рис.

1. а. При напряжении насыщения (точка Н) проводящий канал почти пе­рекрывается р-п переходом у стока (образуется узкая горловина). Даль­нейшее увеличение напряжения Uc почти не увеличивает тока, а приводит к увеличению длины горловины (на которой и происходит дальнейшее увеличение напряжения). В крутой части (влево от точки Н) ток 1с сильно зависит от напряжения стока Uc (при малом токе /_с зависимость почти ли­нейная) и все характеристики проходят через начало координат. При на­пряжении на затворе, называемом напряжением отсечки, происходит пол­ное перекрытие канала (смыкание р-п перехода) и ток в канале не протека­

ет. Кроме стоковых (выходных)^спользуют еще затворно-стоковые ха­рактеристики (характеристики прямой передачи), представляющие зави­симость тока 1_С от напряжения U₃, при фиксированном напряжении стока Uс- /с ⁼ f[Uз) I г/с = const> приведенные на рис. 6.2,6. Однако в большинстве случаев информации, содержащейся в выходных характеристиках, бывает достаточно и надобности в затворно-стоковых характеристиках не возни­кает.

2. МОП-транзистор

По-настоящему широкое распространение полевые транзисторы по­лучили лишь с появлением транзисторов с изолированным затвором. У та­ких транзисторов затвор представляет собой металлический слой, изоли­рованный от полупроводникового канала тонкой диэлектрической плен­кой. В названии таких транзисторов (МДП-транзисторы) учтена их струк­тура (металл - диэлектрик - полупроводник).

Наибольшее распространение получили кремниевые транзисторы, диэлектриком в которых является окисел (двуокись кремния), так назы­ваемые МОП-транзисторы (со структурой металл - окисел - полупровод­ник) (см. рис. 6.3,а). Особенно широко МОП-транзисторы используются в интегральных схемах ввиду простоты технологии их изготовления и малой мощности потребления. Имеется две разновидности МОП-транзисторов: со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В свою очередь, каждый из них может быть как с каналом «-типа («-канальный), так и с каналом р-типа (р-канальный).

1. МОП-транзистор со встроенным каналом

На рис. 6.3,а приведена структура МОП-транзистора со встроенными каналами и-типа и схема включения с общим истоком. Исток и сток такого транзистора образованы сильно легированными «^-областями в относи­тельно высокоомной подложке - кристалле p-типа. Между стоком и исто­ком технологическими приемами создается тонкий канал и-типа с боль­шим сопротивлением из-за малой толщины канала. Такой транзистор на­зывают МОП-транзистором со встроенным каналом. Канал между стоком и истоком покрыт пленкой диэлектрика - двуокиси кремния. На пленку диэлектрика наносится металлическая пленка М, являющаяся затвором. Длина канала составляет единицы мкм. Условное обозначение такого тран­зистора и схема его включения ОИ показаны на рис. 6.3,6. При сильном упрощении принцип действия такого транзистора можно объяснить так:

1. При отрицательном напряжении на затворе (Уз (относительно ис­

тока) электроны «отталкиваются» электрическим полем от поверхности (т.е. из канала) в глубь подложки, а дырки подходят из подложки к по­верхности. Проводимость канала уменьшается. Такой режим называют режимом обеднения (как в унитроне).

р - Si (подложка)

с ^-каналом

и₃

с р-каналом

гх

к

+

Uc

Рис. 6.3

При некоторой величине отрицательного напряжения на затворе, на­зываемом напряжением отсечки U_mc, п-канал исчезает совсем. Остаются только сток и исток и '-типа и окружающая их подложка p-типа, с которой сток и исток образуют два встречно включенных р-п перехода. Ток стока при этом не протекает. Таким образом, МОП-транзистор со встроенным каналом в режиме обеднения подобен унитрону, только ток затвора в нем во много раз меньше.

2. При положительном напряжении на затворе электроны «вы­тягиваются» полем из подложки (в подложке электроны - неосновные но­сители) к поверхности, т.е. в канал. Электроны в канал поступают и из по- луметаллических и'-слоев истока и стока. Дырки же «отталкиваются» по­лем в глубь подложки. Проводимость канала при этом увеличивается. Та­кой режим называют режимом обогащения (в унитроне он невозможен). На рис. 6.4,а приведены статические выходные (стоковые) характеристики МОП-транзистора со встроенным каналом «-типа. Они аналогичны харак­теристикам унитрона с той лишь разницей, что МОП-транзистор со встро­енным каналом может работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения. На рис. 6.4,6 показаны затворно-стоковые характеристики (характеристики прямой передачи), отличающиеся от аналогичных ха­рактеристик унитрона использованием положительных (U-m > 0) и отрица­тельных (Узи < 0) напряжений на затворе, соответствующих режимам обо­гащения и обеднения соответственно.

117

Рис. 6.4

2. МОП-транзистор с индуцированным каналом и-типа

Этот транзистор отличается только тем, что при изготовлении не по­лучают проводящего канала между истоком и стоком (рис. 6.5,а).

1с ,3 ,и

И

Обогащенный

w-типа

Обогащенный

/7-типа

*■—

f/з

+

Ус

п-канал р - Si (подложка)

а b

Рис. 6.5

Сильно легированные области стока и истока и'-т мпа образуют с подложкой р-типа два встречно включенных р-п перехода, поэтому ток между стоком и истоком (/_с) при Щ_и < 0 протекать не может. Режим обед­нения в этом транзисторе невозможен. При положительном напряжении затвора U₃ под действием электрического поля электроны «вытягиваются» из р-подложки и из областей истока и стока к поверхности под затвором, а дырки отталкиваются в глубь подложки. При некотором положительном

напряжении затвора, называемом пороговым U_nop, на поверхности под за­твором концентрация электронов превышает концентрацию дырок, т.е. возникает (индуцируется) канал и-типа. Такой транзистор называют МОП- транзистором с индуцированным каналом. Условное обозначение такого транзистора и схема его включения показаны на рис. 6.5,6. При увеличе­нии напряжения затвора сверх порогового: t/3 > £/_пор, проводимость канала увеличивается, т.е. наступает режим обогащения. На рис. 6.6,а приведены статические входные (стоковые) характеристики МОП-транзистора с ин­дуцированным каналом. Основное отличие этих характеристик от преды­дущих обусловлено тем, что МОП-транзистор с индуцированным каналом может работать только в режиме обогащения ((Уз > 0) и имеет параметр - пороговое напряжение U_noр. На рис. 6.6,6 показаны затворно-стоковые ха­рактеристики этого транзистора. МОП-транзисторы с индуцированным каналом проще в изготовлении, т.к. отсутствуют технологические опера­ции по «встраиванию» канала. Они более перспективны для применения в микросхемах.

Рис. 6.6

3. Параметры и эквивалентная схема полевого транзистора

Полевые транзисторы характеризуются следующими основными па­раметрами:

1. по постоянному току:

• напряжением отсечки С/_отс (унитрон, МОП-транзистор со встро­енным каналом);

• пороговым напряжением U„_op (МОП-транзистор с индуцирован­ным каналом);

• МаКСИМаЛЬНЫМ ТОКОМ СТОКа Icmax',

• максимальным напряжением стока Uспты,

2. по переменному току (малосигнальные параметры):

• крутизной

„ Д/r I

S = ——\и_с= const;

АС/з¹

• выходным сопротивлением

'⁼ТГ I ^3=(¥)nst;

aj_c

• входным сопротивлением Л_вх;

• межэлектродными емкостями С_зи, Сзс, С_Си;

• граничной частотой f_s по крутизне.

Важнейшим малосигнальным параметром полевого транзистора яв­ляется крутизна, отражающая усилительные свойства транзистора. По­скольку затвор, окисел и канал образуют конденсатор (емкость затвора), то при изменении напряжения затвора происходит перезаряд емкости Сз че­рез сопротивление канала R_K с постоянной заряда

х₃ = С₃ ■ R_K .

Усредненное значение емкости Сз равно единицам и долям пикофа­рады, усредненное значение сопротивления R_K = 75 ... 300 Ом. При этом управляющим напряжением U'₃ на затворе является напряжение на емко­сти. Значит, и ток стока будет изменяться вместе с напряжением U3. Од­нако напряжение на емкости U'_t является внутренней величиной, а напря­жение затвора t/₃ (рис. 6.7,а) - внешней.

И И

а б

Рис. 6.7

По отношению к внешнему напряжению t/з ток стока запаздывает. Это явление в конечном итоге обусловливает зависимость крутизны от частоты (комплексность крутизны):

с _ _т ~_х

1 + уют,

и определяет частотные свойства транзистора, т.е. его граничную частоту

f, определяется так же, как и f_a, при этом So уменьшается в л/2 раза (см. рис. 5.15).

Низкочастотное значение крутизны So и внутреннее сопротивление Ri определяются из выходных характеристик в выбранном режиме (So, Л,- зависят от режима). ^Л

Важнейшей особенностью полевого транзистора является очень вы­сокое входное сопротивление Л_вх> достигающее у МОП-транзисторов Ю¹⁴Ом, а также малый коэффициент шума. Граничная частота обычных МОП-транзисторов (с каналом длиной в 5-10 мкм) находится в пределах

100. 300 МГц. У транзисторов с ультракоротким каналом (доли мкм)/, дос­тигает 10 ГГц. У сплавных унитронов/, не превышает 500 кГц.

С учетом параметров по переменному току на рис. 6.7,6 пред­ставлена упрощенная эквивалентная схема полевого транзистора для пе­ременных составляющих. Часто входную цепь (из-за очень большого входного сопротивления) не указывают, тогда схема приобретает простой вид (см. рис. 6.7,6), аналогичный виду ламповой схемы. Емкость Со в вы­ходной цепи является эквивалентной емкостью всех межэлектродных ем­костей (Сзи, Сзс, С_Си). В табл. 6.1 приведены параметры некоторых поле­вых транзисторов. При более подробном анализе необходимо учитывать влияние подложки на свойства МОП-транзистора, являющегося, по сути, вторым затвором [2].

Таблица 6.1

Параметры полевых транзисторов

4. МОП-транзисторы со специфическими свойствами

Это - МОП-транзисторы, которые после специального воздействия электрическим напряжением могут длительное время (иногда - годы) на­ходиться во включенном состоянии, независимо от наличия или отсутст­вия напряжения питания. В выключенное состояние они переводятся тоже специальным внешним воздействием. Таковыми являются МНОП-транзис- торы, транзисторы с «плавающим» затвором и двухзатворные МОП-тран-

121

зисторы (с «плавающим» и управляющим затворами). Сюда же относятся и полевые транзисторы с барьером Шоттки.

1. МНОП-транзистор

Это - р-канальный (на подложке n-Si) МОП-транзистор с индуциро­ванным каналом. В отличие от обычного МОП-транзистора у МНОП- транзистора под затвором два слоя диэлектрика (рис. 6.8,а) - обычный слой окисла толщиной несколько нм (< 5 нм), примыкающий к подложке из и-Si, и слой нитрида (Н) кремния S₃N₄ толщиной несколько десятков нм (до 0,1 мкм) между металлическим затвором и слоем окисла. Отсюда и обозначение МНОП: металл (М), нитрид (Н), окисел (О), полупроводник (П). Сопротивление слоя нитрида кремния значительно больше, чем со­противление слоя окисла.

Рис. 6.8

Главная особенность МНОП-транзистора состоит в том, что величи­на порогового напряжения £/_пор у него зависит от величины и полярности напряжения затвора U-%. На рис. 6.8,6 приведен график зависимости поро­гового напряжения U_nop от напряжения затвора £/₃. Может быть установле­но либо низкое (-1,5 ... -4 В) пороговое напряжение U_nop, соответствую­щее включенному состоянию, либо высокое (U„_ор = -20 В), соответствую­щее выключенному состоянию.

Включение (программирование) МНОП-транзистора

Для установления низкого порогового напряжения t/_nop на затвор по­дается положительный импульс напряжения с амплитудой 30-50 В дли­тельностью в доли мс (до нескольких мс). Под действием электрического поля большой напряженности электроны из подложки л-Si туннелируют

через тонкий слой окисла. Из-за очень высокого сопротивления слоя нит­рида кремния электроны накапливаются (захватываются ловушками) на границе раздела слоев нитрида и окисла. На границе раздела образуется отрицательный заряд электронов, что в результате приводит к снижению порогового напряжения до значения (У_пор = -1,5 ... -4 В (см. рис. 6.8,6). Это значение £/_пор сохраняется при дальнейшем использовании транзистора в режиме малых сигналов (t/з < ±10 В). В таком режиме МНОП-транзистор ведет себя как обычный МОП-транзистор с индуцированным каналом р-типа. Это состояние сохраняется и при отключении напряжения стока (Uc) и напряжения затвора (t/з)- Такому состоянию ставят в соответствие нулевое значение сигнала в двоичной системе. А процесс называют про­граммированием (нуля). Благодаря хорошим изоляционным свойствам ди­электрических слоев накопленный отрицательный заряд (электронов) мо­жет оставаться неизменным в течение нескольких тысяч часов [1], а вместе с зарядом сохраняется и установившееся низкое значение порогового на­пряжения U_{n0 р}.

Выключение (стирание) МНОП-транзистора

Для перевода МНОП-транзистора в выключенное состояние, экви­валентное разомкнутому контакту, на затвор подается отрицательный им­пульс напряжения с амплитудой -30 В. При этом электроны переходят в подложку (и-Si), а на границе между диэлектриками под затвором (нитри­дом и окислом) накапливается положительный заряд, что приводит к уве­личению порогового напряжения до -20 В (U_mp = -20 В). Теперь сигналы U₃ = < +10 В не могут вывести МНОП-транзистор из выключенного со­стояния. Такой процесс называют электрическим стиранием (нуля), или записью единицы, т.к. выключенное состояние ставят в соответствие еди­нице в двоичной системе. Таким образом, МНОП-транзисторы имеют два устойчивых состояния с различным пороговым напряжением и использу­ются как однотранзисторные запоминающие элементы, сохраняющие ин­формацию при отключении напряжения питания.

2. МОП-транзистор с плавающим затвором

Аналогичные свойства - быть включенным или выключенным дли­тельное время - присущи и МОП-транзисторам с «плавающим» затвором (рис. 6.9,а). Такие транзисторы иногда называют еще «лавинными» инжек- ционно-зарядовыми МОП-транзисторами (ЛИЗМОП). Затвор в этих тран­зисторах, выполняемый из молибдена или поликристаллического кремния (поликремний - проводник), не имеет вывода и изолирован слоем окисла Si0₂. В исходном состоянии канал отсутствует. Сильнолегированные об­

ласти стока и истока «-типа образуют с подложкой p-типа (р-Si) два встречно включенных р-п перехода. Ток между стоком и истоком проте­кать не может, что эквивалентно разомкнутому контакту (выключенное состояние).

И

плавающий

затвор

подложка

p-Si

V.

И

ч_

управляющий затвор |3 «

шт

плавающий

затвор

Рис. 6.9

Включение (программирование) ЛИЗМОП-транзистора

Для перевода ЛИЗМОП-транзистора во включенное состояние (для программирования нуля) между стоком и истоком кратковременно вклю­чают напряжение до 50 В, при котором происходит лавинный пробой сто­кового р-п перехода. Дырки при пробое приобретают большую энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера на границе под­ложка - окисел под затвором. В результате они попадают в окисел и про­ходят к затвору. На затворе накапливается положительный заряд, который своим электрическим полем индуцирует «-канал. Транзистор при этом пе­реводится в проводящее (включенное) состояние, которое ставится в соот­ветствие двоичному нулю (программируется нуль). Так как затвор изоли­рован (окружен окислом со всех сторон), то положительный заряд на за­творе и индуцированный им «-канал сохраняются в течение нескольких лет (!) после окончания программирования (нуля). Столько же времени ос­тается включенным и транзистор.

Выключение (стирание) ЛИЗМОП-транзистора

Для удаления накопленного положительного заряда с «плавающего» затвора кристалл облучают ультрафиолетовым светом (светом кварцевой лампы), для чего кристаллы транзисторов помещают в корпуса с окном, пропускающим ультрафиолетовый свет. В одном кристалле изготавливает­ся много таких транзисторов, которые соединены в определенной схеме, т.е. транзисторы объединены (интегрированы) в микросхему. При облуче­

нии ультрафиолетовым светом в окисле SiC>2 образуются электронно­дырочные пары. Электроны этих пар под действием поля двигаются в окисле в сторону затвора и попадают на него. В результате положительный заряд на затворе компенсируется (уничтожается) одновременно на всех транзисторах кристалла (микросхемы), т.е. производится общее ультра­фиолетовое стирание нуля на всех транзисторах микросхемы. Все транзи­сторы переводятся в непроводящее состояние, эквивалентное двоичной единице, поэтому процесс стирания называют также записью единицы. Транзисторы с «плавающим» затвором используются в качестве перемы­чек (соединителей, контактов), которые соединяют или разъединяют две точки электрической схемы.

Следует отметить некоторые недостатки ультрафиолетового стира­ния:

• необходимость извлечения транзисторов (микросхем) из устройст­ва, где они используются, для помещения под кварцевую лампу;

• применение специального дорогостоящего корпуса с окном для облучения;

• возможность случайного стирания информации (нулей) при силь­ном внешнем освещении. Однако следует также отметить, что транзисторы (микросхемы) с ультрафиолетовым стиранием занимают очень малую площадь на поверхности кристалла.

3. Двухзатворный МОП-транзистор

В этом транзисторе (рис. 6.9,6) имеется два затвора - плавающий и управляющий. Плавающий затвор играет ту же роль, что и в ЛИЗМОП- транзисторе: при помощи его производится перевод транзистора во вклю­ченное состояние (программируется нуль). Управляющий затвор применя­ется для стирания нуля (для перевода в непроводящее состояние). Для это­го на управляющий затвор подается положительный импульс напряжения (до 30 В). Под действием поля, создаваемого этим напряжением, электро­ны подходят к плавающему затвору и нейтрализуют положительный заряд. Вместе с положительным зарядом на плавающем затворе исчезает и инду­цированный я-канал. Транзистор переводится в выключенное состояние, эквивалентное двоичной единице (записывается единица). Такое стирание (нуля) называют электрическим стиранием. Двухзатворный МОП-тран­зистор используется как однотранзисторный элемент памяти в запоми­нающих устройствах, сохраняющий информацию длительное время, в том числе при отключении напряжения питания.

Электрическое стирание предпочтительнее ультрафиолетового, т.к. транзисторы (микросхемы) не надо извлекать из устройства, где они ис­пользуются. Стирание можно производить на месте. Однако электрически

стираемый транзистор (микросхема) занимает большую площадь на по­верхности кристалла, чем транзистор (микросхема) с ультрафиолетовым стиранием.

4. Полевой транзистор с барьером Шоттки

В быстродействующих интегральных микросхемах (БИС и СБИС) широко используется полевой транзистор с барьером Шоттки (ПТШ), у которого вместо управляющего р-п перехода управляющим элементом яв­ляется выпрямляющий контакт металл-полупроводник с барьером Шоттки (п. 4.3.1). Используются только и-канальные ПТШ. В качестве металла контакта-затвора чаще всего используется силицид вольфрама (SiW). Вы­сота барьера Шоттки cp_OJ при этом достигает 0,8 В (см рис. 4.12,«). По ста­тическим свойствам и по быстродействию ПТШ аналогичен МОП- транзисторам. Структура ПТШ показана на рис. 6.10,а. В качестве исход­ного материала (подложки) используется арсенид галлия (GaAs) с очень высоким удельным сопротивлением, близким к сопротивлению изолятора

Рис. 6.10

(полуизолирующий слой). С помощью ионной имплантации (см. гл. 8.3) создаются канал «-типа и области стока (С) и истока (И) «"-типа (как в МОП-транзисторе). Области стока и истока образуют невыпрямляющие контакты с внешними выводами. Контакт металлического затвора 3 с «-ка­налом образует переход Шоттки. Обедненная область 1 этого перехода может полностью или частично перекрывать «-канал в равновесии (при U_а = 0). Если канал в равновесии перекрыт частично, то такой ПТШ назы­вают нормально открытым (НО). Через НО ПТШ при £/_зи = 0 может про­текать ток стока (/_с). Если канал при (Узи = 0 перекрыт полностью, то ПТШ закрыт, ток /_с = 0. Такой ПТШ называют нормально закрытым (НЗ). Изме­няя концентрацию доноров Ы_Л и толщину канала с/, можно получить либо НО, либо НЗ ПТШ. И те и другие используются в арсенидогаллиевых БИС. На рис. 6.10,6 приведены стоковые характеристики ПТШ. Они такие же, как у других полевых транзисторов. На рис. 6.10,в показаны стокозатвор­ные (передаточные) характеристики НЗ и НО ПТШ. У НЗ ПТШ они анало­гичны стокозатворным характеристикам МОП-транзистора с индуциро­ванным каналом (см. рис. 6.6,6), которые характерны для режима обогаще­ния. При U-] < U_noр НЗ ПТШ закрыт. Открывается он при U-\ > U„_op (G'_Iop = = 0,1...0,2 В). У НО ПТШ стокозатворные характеристики аналогичны та­ковым для МОП-транзистора со встроенным каналом (см. рис. 6.4,6). Транзистор открыт, через него протекает ток стока 1с при £/_зи > -U_0тс, в том числе и при 6'эи = 0. Участок от (У_зи = 0 до £/_зи = -U_mс соответствует режи­му обеднения. Весь участок t/_3H > 0 характерен для режима обогащения. Хотя стокозатворные характеристики ПТШ такие же, как у МОП- транзисторов, механизм управления током /_с у ПТШ аналогичен механиз­му управления полевого транзистора, только вместо управляющего р-п пе­рехода имеется переход Шоттки. Управление током стока осуществляется тоже путем уменьшения или увеличения площади сечения канала за счет изменения ширины обедненного слоя h_s перехода Шоттки (см. рис. 4.12,в). Существенным отличием ПТШ от полевого транзистора (унитрона) явля­ется то, что большая часть стокозатворных характеристик располагается в области прямого смещения на переходе Шоттки ((/_зи > 0). При этом пере­ход Шоттки открывается и в цепи затвора протекает прямой ток (/з > 0), что было недопустимо в полевом транзисторе-унитроне.

Очень важным свойством ПТШ является его высокое быстродейст­вие. Время переключения ПТШ измеряется десятками пикосекунд: /„ерекл⁼ = (100. ..200) пс (1 пс= 10'¹² с).

5. Обозначение (маркировка) и типы выпускаемых транзисторов

Как и для диодов, действующая система обозначений введена в 1964 г. В последующем в нее вносились уточнения и дополнения. До 1964 г. действовала другая (старая) система обозначений.

Система обозначений до 1964 г. (старая). Первый элемент - буква П - означает полупроводниковый триод. Если корпус транзистора свари­вается методом холодной сварки, перед буквой П ставится еще буква М. Второй элемент - число, указывающее электрические параметры:

а) низкочастотные (/<5 мГц):

1-100 - германиевые \

101-200 -кремниевые! маломощные ( Р < 0,25 Вт);

201-300 - германиевые 1

301-400 -кремниевые J

б) высокочастотные (/ > 5 мГц):

401-500 - германиевые ~|

I Р < 0 Rt-

501-600 -кремниевые J ^{г нт}’

601-700 - германиевые "1

701-800 -кремниевые/ ^>0,25 Вт.

Третий элемент - буква, указывающая разновидность транзистора данного типа. Например, П-26 (МП-36) - это германиевый низкочастотный маломощный транзистор (электрические параметры определяются по справочнику).

В настоящее время в обращении находится много транзисторов этой системы обозначения.

Система обозначений после 1964 г. (новая, более совершенная). Пер­вый элемент - буква или цифра, указывающая на исходный материал: Г или 1 - германий, К или 2 - кремний, А или 3 - арсенид галлия, И или 4 - соединения индия.

Второй элемент - буква (указывает тип прибора): Т - биполярный транзистор, П - полевой транзистор.

Третий элемент - число из 3 или 4 цифр, указывающее назначение и электрические свойства прибора. Обозначение из четырёх цифр приведено в скобках. Оно введено позднее:

а) транзисторы малой мощности (Р_доп < 0,3 Вт):

100. 199 - низкочастотные (/<3 МГц)

(1001-1999),

201-299 - среднечастотные (/= 3 ... 30 МГц)

(2001-2999),

301-399 - высокочастотные и сверхвысокочастотные (f_a > 30 МГц) (3001-3999);

б) транзисторы средней мощности (с 1973 г.) ( Р_лоп = 0,3 ... 1,5 Вт):

401-499 -/< 3 МГц

(4001-4999),

501-599 -/=3... 30 МГц

(5001-5999),

601-699 -/_а >30 МГц

(6001-6999);

в) транзисторы большой мощности (Р_доп> 1,5 Вт):

701-799 -/< 3 МГц

(7001-7999),

801-899 -/=3... 30 МГц

(8001-8999),

901-999 -/_а >30 МГц

(9001-9999).

Четвертый элемент - буква, указывающая разновидность тран­зисторов данного типа. Например, ГТ 109В - германиевый маломощный низкочастотный биполярный транзистор, 2Т 301Ж - кремниевый мало­мощный высокочастотный биполярный транзистор, 1Е403И - биполярный германиевый низкочастотный транзистор средней мощности. Электриче­ские параметры находятся по справочнику. В табл. 5.2 приведены электри­ческие параметры некоторых биполярных транзисторов, в табл. 6.1 - па­раметры полевых транзисторов. КТ3102А - маломощный кремниевый вы­сокочастотный биполярный транзистор, КП105Б - маломощный низкочас­тотный полевой транзистор.