4. Мдн-транзистори з індукованим каналом

Ці транзистори відрізняються від попередніх тим, що канал між областями витоку і стоку під час виготовлення не створюється. Для прикладу на рис. 7 подана структура МДН-транзистора з індукованим n-каналом, виготовленого на підкладці p-типу.

Рис. 7. Структура МДН-транзистора з індукованим каналом n-типу

При прикладенні до такого транзистора напруги між стоком і витоком струм стоку при нульовій напрузі між затвором та витоком буде дуже малий (дорівнюватиме зворотному струмові ізолюючого p-n-переходу, утвореного між областю стоку і підкладкою). Подання на затвор від’ємної напруги для даного типу транзистора також картини не змінить.

При поданні на затвор невеликої додатної напруги електричне поле, яке виникає під затвором, виштовхує дірки з приповерхневого шару в глибину підкладки і притягує електрони до поверхні. Внаслідок цього біля поверхні підкладки під затвором виникає шар з електронною провідністю, який і буде каналом між витоком і стоком. Нижче каналу утворюється шар від’ємних нерухомих зарядів з іонізованих атомів акцепторних домішок підкладки, збіднений на носії заряду, який стає свого роду ізолятором між каналом і підкладкою.

Напругу між затвором і витоком, при якій електропровідність приповерхневого шару підкладки стає електронною, тобто при якій утворюється канал, називають пороговою напругою і позначають U_{ЗВ пор}.

При прикладенні між стоком і витоком деякої додатної напруги по утвореному каналу розпочнеться рух основних носіїв заряду (електронів) від витоку до стоку, тобто потече електричний струм. Значення струму при цьому буде тим більшим, чим більша додатна напруга, прикладена між затвором і витоком, бо з ростом додатної напруги на затворі зростає концентрація електронів у каналі і, відповідно, зростає електропровідність каналу. Залежність струму стоку I_С від напруги U_ЗВ називають стоко-затворною статичною ВАХ МДН-транзистора з індукованим каналом. Вона має типовий вигляд, поданий на рис. 8,а.

Рис. 8. Стоко-затворна (а) та стокові (б) статичні ВАХ МДН-транзистора

з індукованим каналом n-типу

Залежності струму стоку I_С від напруги U_СВ, прикладеної між стоком і ви-током, при різних значеннях напруги U_ЗВ подано на рис. 8,б. Ці залежності подібні до стокових ВАХ МДН-транзистора з вбудованим каналом, але вони існують лише при додатних напругах U_ЗВ, більших від U_{ЗВ пор}. Нелінійність цих залежностей пояснюється тим, що з ростом напруги U_СВ ізолюючий шар від’ємних іонів, який формується під каналом, в напрямі стоку розширюється, а канал відповідно звужується. Внаслідок цього наступає режим насичення, як і у польових транзисторів з керуючим p-n-переходом чи з вбудованим каналом. При прикладенні між стоком і витоком надто великої напруги U_СВ може виникнути пробиття ізолюючого p-n-переходу в області стоку та вихід транзистора з ладу.

5. Моделі та параметри польових транзисторів

При аналізі електронних схем використовують моделі (еквівалентні електричні схеми) польових транзисторів, сформовані з ідеальних компонентів - резисторів, конденсаторів, керованих джерел струму або напруги.

Спрощена еквівалентна схема польового транзистора з n-каналом, яка відображає його нелінійні та частотні властивості, подана на рис. 9, де кероване джерело струму J_С=f(U_ЗВ,U_CВ) моделює вихідну (стокову) статичну ВАХ транзистора. Оскільки струм затвора практично дорівнює нулеві (І_З10^-810^-9А), то в моделі не враховано резистивного опору між затвором і витоком (R_ЗВ). Міжелектродні ємності С_ЗВ, С_ЗС, С_СВ - це відповідно ємності затвор-витік, затвор-стік та стік-витік, які визначають частотні властивості транзистора. Строго кажучи, ці ємності є нелінійними, зокрема, у випадку польового транзистора з керуючим р-n-переходом С_ЗВ та С_ЗС - бар’єрні ємності керуючого переходу в областях витоку та стоку.

При роботі транзистора в статичному режимі та в області низьких частот впливом міжелектродних ємностей нехтують і тоді модель транзистора представляє собою лише кероване джерело струму J_C.

Рис. 9. Еквівалентна схема польового транзистора з n-каналом

У випадку, коли польові транзистори виготовлені на підкладці, в еквівалентній схемі враховують p-n-перехід між структурою транзистора та підкладкою, який зміщений у зворотному напрямі, у вигляді бар’єрних ємностей С_СП та С_ВП в областях витоку та стоку (рис. 10).

Рис. 10. Еквівалентна схема польового транзистора, сформованого на підкладці

При аналізі роботи транзистора у малосигнальному режимі, коли на його зовнішних виводах діють, крім постійних напруг, ще й невеликі змінні у часі напруги і струми u та і, використовують так звану лінеаризовану (малосигнальну) еквівалентну схему (рис. 11), яку отримують із еквівалентної схеми (рис. 9), визначаючи диференціальні параметри транзистора у заданій робочій точці.

Рис. 11. Лінеаризована (малосигнальна) еквівалентна схема польового транзистора

В лінеаризованій еквівалентній схемі міжелектродні ємності вважають лінійними, їх значення дорівнюють значенням відповідних диференціальних ємностей у робочій точці, яка визначається значеннями постійних напруг U_ЗВ0, U_CВ0.

Параметри малосигнальної еквівалентної схеми, а саме s - крутизну стоко-затворної характеристики транзистора в заданій робочій точці та r_i - вихідний диференціальний опір транзистора, який характеризує нахил стокових ВАХ, визначають так:

s= dI_С/dU_ЗВ при U_ЗВ0, U_CВ0; (2)

r_i= dU_СВ/dI_С при U_ЗВ0, U_CВ0. (3)

Підсилювальні властивості транзистора у малосигнальному режимі характеризують, крім крутизни s, ще й коефіцієнтом , який називають коефіцієнтом підсилення напруги:

=dU_СВ/dU_ЗВ при І_С=сonst. (4)

Значення коефіцієнта  можна виразити через параметри s та r_i:

 = - sr_i. (5)

Орієнтовні значення параметрів лінеаризованих заступних схем є такими:

а) для польових транзисторів з керуючим р-n-переходом: С_ЗВС_СВ 6 20 пФ; С_ЗС28 пФ; s0,3 7 мА/В; r_i0,02 0,5 мОм;

б) для МДН-транзисторів: С_ЗВС_СВ10 пФ; С_ЗС2 пФ; s та r_i приблизно такі ж, як і у транзисторів з керуючим р-n-переходом.