4.2 Полевые транзисторы с изолированным затвором (мдп-транзисторы)

МДП-транзистор – транзистор, затвор которого выполнен в виде проводящей пластины и отделён от полупроводника слоем диэлектрика.

В качестве диэлектрика используют оксид кремния.

Возможны две структуры полевого транзистора с изолированным затвором:

1. Полевые транзисторы с индуцированным каналом, в которых канал возникает только при определённых напряжениях на затворе.

2. Полевые транзисторы со встроенным каналом.

В транзисторах канал существует при нулевых напряжениях на затворе.

В некоторых транзисторах подложка соединяется с истоком.

Полевой транзистор со встроенным каналом:

4.2.1 Принцип действия транзистора с изолированным затвором и индуцированным каналом

На подложке тот же потенциал, что и на истоке.

Электроны будут уходить от затвора вглубь полупроводника, в результате чего под затвором возникает зона, обеднённая носителями заряда. Происходит оголение атомов примеси. Возникает инверсный слой за счёт того, что из кармана туда будут поступать дырки. В итоге между истоком и стоком возникает канал проводимости. Толщину поперечного сечения канала можно изменять, изменяя напряжение на затворе.

Полевой транзистор с индуцированным каналом работает в режиме обеднения носителей заряда.

4.2.2 Статические характеристики транзистора с изолированным затвором

Выходные статические характеристики:

=|.

|'| > |''| > |'''| > 0.

Эти характеристики во 2-й части больше, нежели у транзистора с p-n-переходом.

1 – режим насыщения;

2 – участок активного режима.

Возможны два типа пробоя:

1. Пробой между карманом и подложкой.

2. Пробой между затвором и подложкой.

Пробой между карманом и подложкой – это обычный лавинный пробой. Он является обратимым.

Пробой между затвором и полупроводником необратимый – между ними возникает проводящий канал.

В некоторых полевых транзисторах с изолированным затвором затвор соединяют с подложкой или истоком через защитный стабилитрон. В случае попадания на затвор опасного потенциала происходит пробой стабилитрона, и потенциал будет невелик.

Недостаток: увеличивается ток затвора.

Характеристики передачи:

=|.

При увеличении напряженияхарактеристика поднимается вверх. Пороговое напряжениене зависит от.

Наблюдается температурная зависимость.

1 – при увеличении температуры уменьшается подвижность носителей, уменьшается крутизна транзистора.

2 – с увеличением температуры уровень Ферми смещается в сторону середины запрещённой зоны. По этой причине инверсный слой в полупроводнике возникает при меньших пороговых напряжениях.

1 – первая термостабильная точка полевого транзистора, которая наблюдается при малых токах стока. Ток стока не зависит от температуры.

Полевые транзисторы больше защищены от перегрева, чем биполярные транзисторы.

4.2.3 Полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом

Данный транзистор имеет примерно такую же структуру, как и полевой транзистор с индуцированным каналом.

За счёт легирования или конфигурации карманов под затвором создаётся слой проводимости. Если карман p-типа, то проводимость p-типа. Даже при нулевом напряжении существует канал.

Данный транзистор может работать в двух режимах: режим обогащения и режим обеднения носителей заряда канала.

В ПТ с ИЗ крутизна транзистора зависит от параметров полупроводника и характеристик канала.

, (4.2)

где − подвижность носителей в канале;

− ёмкость затвора относительно канала;

− ширина канала;

l – длина канала.

Из этой формулы видно, что за счёт большей подвижности электронов потенциально большую крутизну иметь транзисторы с n-каналом.

Увеличить крутизну можно за счёт уменьшения длины канала.

При увеличении поперечного сечения канала b увеличиваются паразитные ёмкости, а соответственно ухудшаются частотные свойства транзистора.

Ёмкость зависит от диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрика.

Получить большую крутизну транзистора достаточно сложно.

Мощные транзисторы, созданные по такой технологии, будут иметь большую площадь для обеспечения больших токов.

Мощные полевые транзисторы выполняют по технологии транзисторов с вертикальной структурой.

Получаем большое сечение b, маленькую длину канала l и очень малую площадь, занимаемую транзистором.

За счёт этого крутизна транзистора может составлять несколько .

У обычных ПТ крутизна составляет ~ 10 .