Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Б.И. Дубовик. Электроника. Конспект лекций для студентов направления 550200 (Автоматизация и управле.doc
Скачиваний:
124
Добавлен:
22.01.2014
Размер:
980.99 Кб
Скачать

Полевые транзисторы с p-n-переходом.

 

Основная часть структуры, сделанная из полупроводника n(p-)-типа называется КАНАЛОМ, а выводы от двух его торцов носят названия СТОК и ИСТОК. Вдоль одной из боковых сторон бруска располагается полупроводник p(n-)-типа; в результате на границе раздела двух областей образуется p-n-переход. Область p(n-)-типа называется ЗАТВОРОМ; именно к ней подключается третий, или управляющий вывод структуры.

рис. 1.6.1. Структура полевого транзистора с р-n-переходом.

 

Внутри p-n-перехода образуется область пространственного заряда (обедненный слой), где практически нет свободных носителей заряда, причем эта область расширяется по мере увеличения обратного смещения. Так, например, для транзистора с каналом n-типа, при подаче отрицательного напряжения на затвор, область пространственного заряда проникает вглубь канала, при этом сужается сечение той его части, в которой находятся свободные носители заряда. И хотя физические размеры структуры остаются неизменными, сечение токонесущей части канала регулируется приложенным к затвору напряжением. Т.о., изменяя величину отрицательного напряжения на затворе, можно управлять проводимостью канала между его истоком и стоком.

Максимальная проводимость достигается при напряжении между затвором и истоком Uзи = 0, т.к. глубина проникновения обедненного слоя в этом случае минимальна, а сечение проводящей части канала максимально. При некоторой величине напряжения на затворе обедненный слой проникает на всю толщу канала, полностью перекрывая его, что приводит к падению проводимости до 0 (разрыв цепи). Напряжение Uзи, при котором наступает этот эффект, называется напряжением отсечки и обозначается Uотс. Для полевых транзисторов с p-n-переходом и каналом n-типа Uотс отрицательно. При малых значениях Uси, выходные характеристики транзисторов практически линейны (рис. 1.6.2).

 

рис. 1.6.2. Вольтамперные характеристики полевого транзистора при малых Uси.

 

В случае, когда напряжение Uси по величине сравнимо или больше Uотс, выходные характеристики транзистора отличаются от линейных. Это объясняется тем, что напряжение увеличивает обратное смещение на переходе на том конце структуры, где расположен сток (рис. 1.6.3).

рис. 1.6.3. Зависимость тока стока от напряжения сток-исток при постоянном напряжении Uзи.

 

Семейство полных выходных характеристик для типичного полевого транзистора с p-n-переходом и каналом n-типа имеет вид (рис. 1.6.4):

рис. 1.6.4. Выходные вольтамперные характеристики полевого транзистора.

 

Управляющее напряжение меняется в пределах и имеет знак смещающий p-n-переход в обратном направлении. Т.к. ток, смещенный через переход в обратном направлении, пренебрежимо мал, то мощность, расходуемая во входной цепи ничтожна. Поэтому на полевом транзисторе можно получить большое усиление сигнала по мощности.

 

Полевые транзисторы со структурой типа металл-окисел-полупроводник (моп-транзисторы).

 

Схематически структура полевых транзисторов с каналами n-типа и p-типа имеет вид, представленный на рис. 1.6.5

рис. 1.6.5. Структура МОП-транзисторов со встроенным каналом.

 

Из рисунка видно, что металлический электрод затвора отделен от проводящего канала тонким слоем диэлектрика (слой двуокиси кремния толщиной 0,1 мкм). Сток и исток выполнен в виде более сильно легированных областей n или р. Такая структура называется транзистором с изолированным затвором или МОП-транзистор со встроенным каналом. Подложка (кристалл кремния) служит для создания на ней канала n-типа или р-типа необходимых размеров и для придания структуре прочности и прямой роли в работе прибора не играет. Конструкция затвор-окисел-канал в МОП-транзисторе представляет собой плоский конденсатор. При подаче на n-канальный транзистор отрицательного напряжения на затвор, металлический электрод заряжается отрицательно и одновременно у прилегающей к диэлектрику поверхности канала образуется обедненный слой, появляющийся вследствие ухода из него свободных электронов.

Плотность заряда и ширина обедненного слоя зависит от напряжения Uзи, что и обуславливает механизм модуляции проводимости между истоком и стоком. При достаточно большом отрицательном напряжении Uзи весь канал перекрывается обедненным слоем, что приводит к эффекту отсечки (рис. 1.6.6).

рис. 1.6.6. Выходные вольтамперные характеристики.

 

Т.к. в рассматриваемом транзисторе отсутствует p-n-переход, то ему не свойственно ограничений на полярность Uзи.

Если приложено к затвору положительное напряжение, то поверхность металлического электрода затвора заряжается положительно, и в канале у поверхности раздела с диэлектриком появляется отрицательный заряд, т.е. увеличивается концентрация свободных электронов по сравнению с равновесной и, значит, увеличивается проводимость канала.

Такой режим работы МОП-структуры, при котором в приповерхностном слое канала концентрация носителей выше равновесной, называется РЕЖИМОМ ОБОГАЩЕНИЯ (рис. 1.6.7).

рис. 1.6.7. Выходные вольтамперные характеристики МОП-транзис тора со встроенным каналом.

 

Структура МОП-транзистора другого типа с индуцированным каналом имеет вид (рис. 1.6.8):

рис. 1.6.8. Структура МОП-транзисторов с индуцированным каналом.

 

В этих транзисторах отсутствует встроенный канал n-типа или p-типа. Рассмотрим прибор первого вида, т.е. с подложкой p-типа. При положительном напряжении Uзи, превышающем некоторую пороговую величину Uпор в приповерхностном слое подложки p-типа из сильно легированной области истока к стоку начинается движение электронов. Этот слой, называемый слоем ИНВЕРСНОЙ ПРОВОДИМОСТИ, представляет собой индуцированный канал, который, причем, не отличается от встроенного канала n-типа, соединяющего n-области истока и стока.

Поскольку в рассматриваемом приборе индуцированный канал по является лишь при положительном напряжении на затворе, то работа прибора ограничивается режимом обогащения (рис. 1.6.9):

рис. 1.6.9. Выходные вольтамперные характеристики МОП-тран зистора с индуцированным каналом.

Лекция № 8. Полевые транзисторы.

 

План лекции.

 

1.     Предельные значения напряжения и тока для полевых транзисторов;

2.     Модель для полевого транзистора.