1.4. Униполярные (полевые) транзисторы.

_{К классу униполярных относится транзисторы, принцип действия которых основан на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок). Управление током в них осуществляется изменением проводимости канала через который протекает ток транзистора под действием электромагнитного поля. Униполярные транзисторы разделяют на полевые транзисторы с p-n переходом и МДП – транзисторы.}

1.4.1. Полевые транзисторы с p-n переходом.

_{Рисунок 1.31}

Исток (И)- электрод, от которого начинают движение носители заряда, сток (С)- электрод, к которому движутся носители заряда, затвор (З) – электрод, управляющий движением носителей заряда. Полупроводниковые слои p-типа, образующие n-слоем два перехода, созданы с более высокой концентрацией примесей, чем n-слой. Оба p-слоя электрически связаны между собой и имеют общий внешний электрод- затвор.

Напряжение затвор- исток является обратным для обоих p-n переходов. Управляющие свойства транзистора объясняются тем, что при изменении изменяется ширина p-n переходов. Поскольку p-слой имеет большую концентрацию примесей, чем n-слой, изменение ширины p-n переда происходит, в основном за счет высокоомного n-слоя (эффект модуляции ширины базы). Сечение токопроводящего канала и его проводимость меняются, что приводит к изменению выходного тока стока прибора.

Стоковая (выходная) вольтамперная характеристика: при приведена на рисунок 1.32.

Рисунок 1.32 Рисунок 1.33

1. Начальная область, сильная зависимость .

2. Слабая зависимость .

3. Пробой p-n перехода.

Рассмотрим стоковую характеристику при . В области малых напряжений (участок о-а) влияние на проводимость канала незначительно и зависимость практически линейная. По мере дальнейшего увеличения (участок а-в) происходит сужение проводящего канала вблизи стока из-за расширения p-n перехода вблизи стока, что приводит к увеличению сопротивления канала и уменьшению крутизны нарастания . При подходе к границе участка II (точка в) происходит смыкание p-n переходов и проводящий канал исчезает. Дальнейшее повышение не должен приводить к увеличению тока через прибор, так как одновременно с повышением будет увеличиваться сопротивление канала. Участок III резкого увеличения характеризуется лавинным пробоем области p-n переходов вблизи стока по цепи сток- исток (точка с).

Напряжения вызывает сужение канала и уменьшение его проводимости. Поэтому стоковые характеристики транзистора при увеличении располагаются ниже, а перекрытие канала объемным зарядом p-n перехода происходит при меньшем напряжении

Стоко- затворная (входная) характеристика: при приведена на рисунке 1.33. При увеличении напряжения затвор - исток возрастает величина объемного заряда в p-n переходах, ширина канала уменьшается, ток стока уменьшается.

Основные параметры полевого транзистора: - максимальный ток стока - соответствует (точка в) на стоковой ВАХ при - максимальное напряжение стока - выбирают в 1,2-1,5 раза меньше напряжения пробоя участок сток-затвор: - напряжение отсечки- напряжение на затворе при [c ] ;

при - внутреннее сопротивление, характеризует наклон стоковой характеристики на участке 2; –входное сопротивление транзистора, определяется сопротивлением p-n переходов, смещенных в обратном непротивлении.

1.4.2. МДП - транзисторы.

В отличии от полевых транзисторов с p-n переходом, в которых затвор имеет непосредственный электрический контакт с близлежащей областью проводящего канала, в МДП- транзисторах затвор изолирован от указанной области слоем диэлектрика. Поэтому МДП - транзисторы относят к классу полевых транзисторов с изолированным затвором.

МДП транзисторы (металл- диэлектрик- полупроводник) выполняют из кремния. Как диэлектрик используют окисел кремния SiO2. Отсюда другое название МОП - транзисторы (металл- окисел- полупроводник). Наличие диэлектрика обеспечивает высокое входное сопротивление транзистора Ом.

Принцип действия МДП - транзистора основан на эффекте изменении проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля. Приповерхностный слой полупроводника является токопроводящим каналом транзисторов. МДП - транзисторы выполняются двух типов: со встроенным каналом и с индуцированным каналом.

МДП - транзисторы со встроенным каналом (рисунок 1.34).

а) b) c)

1. С каналом n-типа

2. С каналом p-типа

3. С каналом p-типа и выводом от подложки

Рисунок 1.34

Подложка (П) может соединяться с истоком, а может и не иметь вывода.

Стоковые характеристики по виду близки к характеристикам полевого транзистора с p-n переходом. При =0 через прибор протекает ток, определяемый исходной проводимостью канала. На начальном участке падение напряжения в канале мало, зависимость близка к линейной. Увеличение приводит к сужению проводящего канала, что уменьшает крутизну нарастания тока. При дальнейшем увеличении напряжения сток-исток канал сужается до минимума, что ограничивает нарастание тока и появлению пологого участка характеристики.

Стоко - затворная характеристика располагается в двух квадрантах. При поле затвора оказывает отталкивающее действие на электроны- носители заряда в канале, что приводит к уменьшению их концентрации в канале и уменьшению проводимости канала. Поэтому при стоковые характеристики располагаются ниже. Такой режим называется режимом обеднения. При поле затвора притягивает электроны в канал из p-слоя. Концентрация носителей заряда в канале увеличивается, проводимость канала возрастает, характеристики располагаются выше - режим обогащения.

МДП - транзисторы с индуцированным каналом (рисунок 1.35).

а) b) c)

1. С каналом n-типа

2. С каналом p-типа

3. С каналом p-типа и выводом от подложки

Рисунок 1.35

Стоковые характеристики, , близки по виду соответствующим характеристикам - транзистора со встроенным каналом. Отличие в том, что управление током транзистора осуществляется лишь напряжения одной полярности. При =0, ток стока тоже равен нулю.

Стоко - затворная характеристика при располагается в одном квадранте и имеет лишь режим обогащения.

МДП - транзисторы широко применяются в интегральном исполнении. Микросхемы на МДП транзисторах обладают хорошей технологичностью, низкой стоимостью, способностью работать при более высоком напряжении питания, чем микросхемы на биполярных транзисторах.