3. Мдн-транзистори з вбудованим каналом
МДН-транзистори з вбудованим каналом виготовляють в кристалі високоомного напівпровідника (n- або p-типу) товщиною 150÷200 мкм, який називають підкладкою. В підкладці (наприклад, p-типу) дифузією донорних домішок утворюють дві локальні області n з підвищеною концентрацією домішок (рис. 4), які служитимуть витоком і стоком. Відстань між цими областями 5÷50 мкм. Між областями витоку і стоку формують тонкий (2÷4 нм) приповерхневий шар такого ж типу електропровідності, як і локальних областей, який служитиме каналом. На поверхні каналу утворюють діелектричну плівку з двоокису кремнію (SiO2) товщиною 0,8÷2 мкм. Зверху на діелектрик навпроти каналу наносять металевий шар товщиною 5÷7 мкм, який служитиме затвором. З допомогою таких же металевих шарів, нанесених безпосередньо на області n, утворюють площадки, до яких приварюють виводи витоку і стоку. Знизу від підкладки також формують вивід (П). Таким чином формується МДН-транзистор з вбудованим n-каналом на підкладці p-типу (рис. 5).
Ізоляція транзистора від підкладки здійснюється з допомогою зворотнозміщеного p-n-переходу, утвореного між структурою транзистора та підкладкою. Для цього на вивід підкладки подають напругу відповідної полярності, або з’єднують його з витоком. Подібним способом формують МДН-транзистори з вбудованим каналом на підкладці n-типу. В цьому випадку канал транзистора матиме електропровідність p-типу.
Рис. 5. Структура МДН-транзистора з вбудованим n-каналом
При прикладенні між стоком і витоком деякої напруги UСВ по каналу МДН-транзистора, подібно як і в польовому транзисторі з керуючим p-n-переходом, потече cтрум. Керування струмом здійснюється напругою UЗВ, яку подають між затвором і витоком. При додатній напрузі на затворі відносно витоку електричне поле, утворене цією напругою, втягує з підкладки в канал додаткові електрони, збагачуючи його основними носіями заряду, і струм в каналі зростає. При від’ємній напрузі на затворі електричне поле виштовхує електрони з каналу в підкладку, збіднюючи канал основними носіями заряду, в результаті чого струм IС зменшується. При достатньо великій за абсолютним значенням напрузі UЗВ концентрація електронів в каналі стає настільки малою, що струм IС прямує до нуля. Таку напругу затвору називають напругою відтину і позначають UЗВ відт. Отже, змінюючи напругу UЗВ, можна змінювати провідність каналу та, відповідно, струм, що протікає по ньому. Зауважимо, що в МДН-транзисторах з вбудованим каналом змінюється не поперечний переріз каналу, а концентрація основних носіїв заряду в ньому і для керування струмом можна подавати на затвор як додатну, так і від’ємну напругу.
Залежність струму стоку IС від напруги UЗВ для деякого фіксованого зна-чення UСВ=const називають передавальною або стоко-затворною харак--теристикою, як у випадку польового транзистора з керуючим p-n-переходом. иповий вигляд цієї характеристики поданий на рис. 6,а.
Вихідні (стокові) ВАХ МДН-транзистора з вбудованим каналом мають типовий вигляд, зображений на рис. 6,б, звідки бачимо, що ці характеристики подібні до вихідних ВАХ польового транзистора з керуючим p-n-переходом. Проте вони існують як при додатній, так і при від’ємній напругах на затворі.
Зміщення вихідних характеристик вверх із зростанням додатної напруги UЗВ пояснюється тим, що канал збагачується основними носіями заряду (електронами), а зміщення характеристик вниз із зростанням від’ємної напруги UЗВ відбувається внаслідок збіднення каналу основними носіями заряду.
З ростом напруги між стоком і витоком UСВ ізолюючий p-n-перехід в напрямі стоку розширюється, а канал відповідно звужується. Це пов’язано з тим, що зворотна напруга ізолюючого p-n-переходу вздовж каналу зростає і біля стоку сягає значення UСВ. При малих напругах UСВ ширина ізолюючого p-n-переходу та, відповідно, поперечний переріз каналу змінюються мало, тому вихідні характеристики майже лінійні. При більших напругах UСВ канал біля стоку починає звужуватись і при деякій напрузі UСВ, яку називають напругою насичення, ріст струму IС майже припиняється. Подібно до польового транзистора з керуючим p-n-переходом, наступає насичення.
Рис. 6. Стоко-затворна (а) та стокові (б) статичні ВАХ
МДН-транзистора з вбудованим n-каналом
У випадку, коли між стоком і витоком прикласти надто велику напругу, може виникнути пробиття ізолюючого p-n-переходу під стоком або пробиття діелектрика під затвором.
Пробиття ізолюючого p-n-переходу, як правило, має електричний (лавиноподібний) характер. Пробиття діелектрика під затвором має тепловий характер і може виникати навіть при невеликих напругах на затворі, оскільки товщина діелектрика (SiO2) становить біля 1 мкм. Для недопущення такого виду пробиття вхід МДН-транзистора часто захищають стабілітроном, який обмежує напругу на затворі.