Полевые транзисторы

МОП-транзистор. Униполярные, так как имеют заряды одного знака − МОП-транзистор. Полевой транзистор (ПТ) − это полупроводниковый прибор с токопроводящим каналом, ток в котором управляется электрическим полем .

Канал − это область в транзисторе, сопротивление которой зависит от потенциала на затворе. Электрод, из которого выходят заряды в канал, − исток; электрод, в который входят заряды из канала, − сток.

Затвор служит для регулирования поперечного сечения канала и его электропроводности (в полевых транзисторах).

1. В ПТ n-типа основными носителями заряда в канале являются электроны. Затвор – это р-область. Между затвором и каналом образуются р-n-переходы. Когда между З и И приложено U_зи < 0, запирающее р-n-переходы, оно вызывает вдоль канала равномерный слой, обедненный носителями заряда. Величина U_си больше вызывает неравномерность обедненного зарядами слоя, наименьшее сечение проводящего канала − вблизи стока, сопротивление возрастает.

Величина U_зи управляет сечением канала и его сопротивлением. Величина U_си управляет током через канал.

а б

Полевой транзистор (ПТ): а - структурная схема; б - условное обозначение

Когда U_cи + |U_зи| = U_зап, обедненные слои перекрывают канал и сопротивление канала резко возрастает (насыщение, I_c = сonst).

Схема канала ПТ

ПТ с управляющими р-n-переходами различают двух типов (рис. а, б). Схема ПТ с общим истоком представлена на рис. в.

а б

в

Схемы управления ПТ: а - с n-каналом;

б - с р-каналом; в - с общим истоком

2. Используются и ПТ с изолированным затвором, у которых между З и К есть слой диэлектрика SilО₂, а р-n-переход отсутствует. Их называют МОП-транзисторами (металл, окисел, полупроводник) или МДП транзисторы (металл, диэлектрик, полупроводник).

3. ПТ с затвором Шоттки. У них потенциал на затворе изменяет толщину перехода между металлом и полупроводником и изменяется R.

ПТ с изолированным затвором

с р-каналом с n-каналом

Основные характеристики:

I_c(U_cи) при U_зи = const − выходные (стоковые) характеристики.

I_c(U_зи) при U_си = const − переходная (строится по выходной).

Переходная и стоковые характеристики ПТ

Если одновременно подать напряжение U_зи < 0 и U_си > 0, то сечение канала и соответственно его сопротивление будут определятся действием суммы этих двух напряжений. Когда суммарное напряжение достигнет величины запирания, т. е. U_си + |U_зи| = U_зап, канал сомкнется, его сопротивление резко возрастет, транзистор – закроется. Зависимости тока стока I_с от напряжения U_cи при U_зи = const, определяют выходные или стоковые характеристики I_c = f(U_cи).

На начальном участке, когда U_cи + |U_зи| < U_зап, ток I_с возрастает с повышением U_си; когда напряжение U_cи ≥ U_зап − U_зи рост тока прекращается (участок насыщения). Увеличение отрицательного значения U_зи (1−2−3−4 В) уменьшает величину U_си и тока I_c. Более высокое напряжение U_cи приводит к пробою р-n-перехода и выходу из строя транзистора. По выходным характеристикам можно построить переходную или стоковую характеристику I_c = f(U_зи), U_cи = const

Основные параметры: крутизна (определяется по переходной характеристике)

S = ΔI_с/ ΔU_зи при U_си = const

Дифференциальное сопротивление cтока (определяется по выходной характеристике).

R_с = ΔU_си/ ΔI_с при U_зи = const

Достоинства: высокая технологичность; меньшая стоимость, чем биполярных, высокое R_вх. Применяются в усилительных каскадах с высоким R_вх, ключевых и логических схемах.

Обозначение транзисторов состоит из четырех элементов:

1) буква или цифра, указывающая на полупроводниковый материал;

2) буква T для бинарных, П − для полевых;

3) трехзначная группа цифр – это тип по классификации;

4) буква разновидности транзистора.

КТ 315А − кремниевый, биполярный транзистор малой мощности, высокой частоты, разновидность А.

Полевые транзисторы просты в изготовлении, дешевле. Можно получить высокую плотность расположения в микросхеме (на порядок выше, чем в Б-транзисторах) имеет очень высокое R_вх = 10¹¹−10¹⁷ Ом. Мало зависят от температуры и радиации, могут работать при t, близких к абсолютному нулю и

в космосе. Однако имеют малый коэффициент усиления, работают при невысоких частотах (до нескольких мГц).