Занятие №21.

Тема: Полевые транзисторы.

1. Полевые транзисторы с р-n переходом.

2. Полевые транзисторы с изолированным затвором.

Полевым транзистором называется трехэлектродный полупроводниковый прибор в котором ток создают основные носители заряда под действием продольного электрического поля, а управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным к управляющему электроду. По конструктивным особенностям полевые транзисторы делятся на две группы:

1

Рис. 2

) Полевые транзисторы с р-n переходами (канальные или униполярные).

2) Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП или МОП транзисторы).

На рис. 1 схематическое изображение конструкции полевого транзистора с р-n переходами и схема его включения. Тонкий слой полупроводника n или р-типа, ограниченный с двух сторон электронно-дырочными переходами называется каналом. Канал включается в электрическую цепь с помощью двух омических электродов, один из которых (И) называется истоком, а второй (С) – стоком. Выход подсоединенный к р области является управляющим электродом и называется затвором. Выводы И; С; З соответствуют эмиттеру, коллектору, базе биполярного транзистора. Величина тока в канале зависит от напряжения между стоком и истоком U_С, нагрузочного сопротивления и сопротивления полупроводника между стоком и истоком. При U_C и R_H=const ток в канале I_С (ток стока) зависит только от эффективной площади поперечного сечения канала. При отрицательном напряжении на затворе увеличивается толщина р-n перехода и уменьшается токопроводящее сечение канала, а следовательно увеличивается сопротивление между истоком и стоком и снижается величина тока I_С. Уменьшение напряжения на затворе вызывает уменьшение сопротивления канала и возрастание I_С. При последовательном подключении с Е_ЗИ источника усиливаемого переменного напряжения U_ВХ, можно изменять ток через канал по закону изменения входного напряжения. Ток стока, проходя через сопротивление нагрузки R_H, создает на нем падение напряжения, изменяющееся по закону U_ВХ, и при соответствующем подборе R_H можно добиться повышения уровня выходного напряжения по сравнению с входным, т.е. усилить сигнал.

На рис. 2а семейство выходных (стоковых) вольтамперных характеристик полевого транзистора с р-n переходом I_C=f(U_C) U_ЗИ=const. При U_ЗИ=0 увеличение положительного напряжения на стоке ведет к увеличению стокового тока I_С. Вначале это увеличение происходит почти линейно, но с возрастанием I_С увеличивается падение напряжения на канале, повышается обратное смещение для р-n переходов, что ведет к сужению сечения токопроводящего канала и замедлению роста I_С. В конечном итоге наступает момент, когда увеличение U_C не приводит к увеличению I_С (участок АВ на рис. 2). Этот режим называется режимом насыщения. Зависимость I_С от U_C для ряда напряжений на затворе образует семейство выходных характеристик полевого транзистора (рис. 2а). Зависимость I_C=f(U_ЗИ) при U_С=const называется стокозатворной характеристикой (рис. 2б).

На рис. 3 условное графическое изображение полевого транзистора с р-n переходом n-типа, на рис. 3б р-типа.

Криштафович; Трифонюк «Промышленная электроника» стр. 44-47 самост.

Тема: Полевые транзисторы.

1. Полевые транзисторы с р-n переходом.

2. Полевые транзисторы с изолированным затвором.

Полевые транзисторы с изолированным затвором имеют структуру металл-диэлектрик (окисел)-полупроводник (рис. 1). Поэтому их часто называют МДП или МОП транзисторами. Принцип их работы основан на эффекте поля в поверхностном слое полупроводника. Основой такого транзистора служит пластинка монокристаллического кремния (1). В разрезе структуры показанном на рис. 1 эта пластинка имеет проводимость р-типа и называется подложкой. Области стока и истока, это участки кремния, сильно легированные примесью n-типа (2), расстояние между которыми 1 мкм. На этом участке расположена узкая слабо легированная полоска кремния n-типа (3), называемая каналом. Затвором служит металлическая пластинка (4), изолированная от канала слоем диэлектрика толщиной примерно 0,1 мкм (5). Данные транзисторы могут быть выполнены как с каналом Р так и N типов. Канал может быть встроенным (т.е. созданным при изготовлении) как показано на рис. 1 и индуцированным (т.е. наводящимся под влиянием напряжения приложенного к затвору), как показано на рис. 4. В транзисторе со встроенным каналом при отрицательном напряжении на затворе U_ЗИ, электроны выталкиваются из области канала в подложку, канал обедняется носителями и ток I_С снижается. Положительное напряжение на затворе втягивает электроны из подложки в канал и ток I_С через канал возрастает. МДП транзистор со встроенным каналом может управляться как отрицательным, так и положительным напряжением, что отражено в его передаточных (рис. 2а) и выходных (рис. 2б) характеристиках.

На рис. 3а УГО транзистора со встроенным N-каналом, а на рис. 3б – со встроенным Р каналом.

В полевом транзисторе с индуцированным каналом, разрез структуры которого показан на рис. 4, при отсутствии напряжения на затворе канал отсутствует, т.к. N области истока и стока образуют с Р-подложкой два р-n перехода включенных навстречу друг другу, и значит при любой полярности напряжения U_СИ, один из переходов будет заперт. Подача на затвор отрицательного (для рассматриваемого на рис. 4 типа транзистора) напряжения не изменяет картины. Если подать на затвор положительное напряжение больше порогового U_ЗИ<U_{ЗИ пор}, то созданное им электрическое поле вытягивает электроны из N областей (и в какой-то мере из подложки), образуя тонкий слой N-типа в приповерхностной области Р-подложки. Этот слой и будет соединять исток и сток, являясь каналом N-типа. Полевые транзисторы с индуцированным N каналом управляются только положительным напряжением U_ЗИ, что отражено в их передаточных и выходных характеристиках (рис. 5а; б). У полевых транзисторов с индуцированным р-каналом, принцип работы аналогичный транзистору с индуцированным N каналом, но так как носителями в нем служат дырки, а не электроны, полярность всех напряжений у такого транзистора противоположна транзистору с N каналом, что отражено в УГО полевого транзистора с индуцированным каналом.

Рис. 6а – с индуцированным N-каналом; рис. 6б - с индуцированным Р-каналом.

Как и биполярные, полевые транзисторы можно включать по схеме с общим затвором (ОЗ); общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Наиболее часто используется схема с ОИ, позволяющая получить значительные коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности одновременно.

Тема: Фототранзисторы.

Фототранзистор – фотоэлектрический полупроводниковый прибор с двумя р-n переходами, позволяющий преобразовывать световую энергию в электрическую с образованием фототока и усилением последнего. Конструктивно фототранзистор представляет структуру p-n-p или n-p-n типа, помещенную в металлический корпус с тремя выводами (эмиттер, база, коллектор) и окном для облучения области базы светом. На рис. 1 две схемы включения фототранзисторов: со свободной базой (рис. 1а) и со смещением в область базы (рис. 1б) необходимого для получения линейной характеристики.

В схеме на рис. 1а при отсутствии внешнего освещения Ф=0 через транзистор проходит небольшой сквозной ток коллектора I_КЭО, называемый темновым: I_КТ=I_КЭО=I_КБО(h_21Э+1).

При освещении базы Ф>0 в ней генерируются неравновесные пары носителей заряда электроны и дырки, которые диффундируют к эмиттерному и коллекторному переходам. Поле коллекторного перехода втягивает неосновные носители заряда, увеличивая фототок I_Ф, а следовательно и обратный ток коллектора I_К. Основные носители сталкиваясь в базе, понижают потенциальный барьер эмиттерного перехода, создавая условия для инжекции зарядов из эмиттера и следовательно еще большего приращения коллекторного тока

На рис. 2 семейство ВАХ фототранзистора.

Основные параметры фототранзистора:

- Темновой ток I_КТ

- Интегральная чувствительность: в раз больше чем у светодиода.

- Коэффициент передачи по току .