19 .Полевые транзисторы. Классификация.

Полевой транзистор - полупроводниковыйприбор, в котором токизменяется в результате действия перпендикулярного электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание  рабочего тока в полевом транзисторе обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками).

Классификация полевых транзисторов

По физической структуре и механизму работы полевые транзисторы условно делят на две группы. Первую образуют транзисторы с управляющим р-n переходом или переходом металл — полупроводник, т.н. барьер Шоттки, вторую — транзисторы с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т.н. МДП-транзисторы (металл - диэлектрик – полупроводник)

Вопрос № 20

          С каналом n-типа                  С каналом p-типа

З — затвор, И — исток, С — сток

Рис. 1. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом

21 Полевой транзистор с изолированным затвором (мдп). Классификация.

Полевой транзистор с изолированным затвором (МДП). Классификация.

Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор, имеющий один или несколько затворов, электрически изолированных от проводящего канала.

Дальнейшим развитием полевых транзисторов являются транзисторы с изолированным затвором. У них металлический затвор отделен от полупроводникового канала тонким слоем диэлектрика. Поскольку металлический затвор отделен от полупроводника слоем диэлектрика, то входное сопротивление таких транзисторов велико (для современных транзисторов достигает ).

Полевые транзисторы с изолированным затвором бывают двух типов:

• со встроенным (собственным) каналом;

• с индуцированным (инверсионным) каналом.

Структура в обоих типах полевых транзисторов с изолированным затвором одинакова: металл – окисел (диэлектрик) – полупроводник, то такие транзисторы еще называют МОП-транзисторами (метал – окисел – полупроводник) или МДП-транзисторами (металл – диэлектрик – полупроводник).

22 Мдп транзистор со встроенным каналом. Принцип действия. Вах. Уго. Параметры.

МДП транзистор со встроенным каналом. Принцип действия.

Рисунок 1 - p-канальный МДП транзистор. б) – со встроенным каналом

• МДП-транзисторы со встроенным каналом

В связи с наличием встроенного канала в таком МДП-транзисторе при нулевом напряжении на затворе (рис. 1 б. ) поперечное сечение и проводимость канала будут изменяться при изменении напряжения на затворе как отрицательной, так и положительной полярности. Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: в режиме обогащения и в режиме обеднения канала носителями заряда. Недостатки таких транзисторов:

• дороговизна технологий

• уходят все преимущества использования однополярного питания

В связи с наличием встроенного канала в таком МДП-транзисторе при нулевом напряжении на затворе (см. рис. 2, б) поперечное сечение и проводимость канала будут изменяться при изменении напряжения на затворе как отрицательной, так и положительной полярности.

Эта особенность МДП-транзисторов со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности.Статические характеристики передачи выходят из точки на оси абсцисс, соответствующей напряжению отсечки UЗИотс, то есть напряжению между затвором и истоком МДП-транзистора со встроенным каналом, работающего в режиме обеднения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения.

Формулы расчёта в зависимости от напряжения U_ЗИ

1. Транзистор закрыт

Пороговое значение напряжения МДП транзистора

2. Параболический участок.

-удельная крутизна транзистора.

3. Дальнейшее увеличение U_3u приводит к переходу на пологий уровень.

— Уравнение Ховстайна.

ВАХ

Рассмотрим принцип действия этого МДПтранзистора, воспользо­вавшись его вольт-амперными характеристиками (рис. 28). В за­висимости от величины и полярности напряжения можно выделить три режима работы МДПтранзистора;

1. U_зи=О . Через МДПтранзистор течет ток стокаI_c, оп­ределяемый исходной проводимостью канала. 2. U_зи>О Положительное напряжение, приложенное к затво­ру относительно истоке и подложки, будет притягивать в канал до­полнительные электроны из подложки. Вследствие этого количество основных носителей заряда (электронов) в токопроводящем канале увеличивается, а его общая проводимость и ток стока I_cвозрас­тают. Стоковые характеристики при U_зи>Орасполагаются выше характеристики U_зи=О Транзистор работает в режиме обогащения.

3. U_зи<О Отрицательное напряжение, приложенное к затвору относительно истока и подложки, отталкивает из канала электро­ны и притягивает из подложки дырки, т.е. обедняет канал основ­ными носителями и уменьшает его проводимость. Ток стока I_cпри этом уменьшается. При некотором отрицательном напряжении U канал меняет электропроводность с электронной не дыроч­ную, и ток I_c=0. Стоковые характеристики при U_зи<О располагаются ниже характеристики U_зи=О ,Транзистор работает в режиме обеднения.

Таким образом,МДПтранзистор с встроенным каналом в отличие от ПТ с р-п переходом может работать при разной полярности входного напряжения U_зи , что отчетливо видно при сравнение их стоково-затворными характеристиками.

Вольт амперные характеристики МДПтранзистора с встроенным каналом : а-выходная , б-входная

УГО

Это БЕЗ выводом

  со встроенным p-каналом обедненного типа

со встроенным n-каналом обогащенного типа

с индуцированным p-каналом обогащенного типа

с индуцированным n-каналом обогащенного типа

Параметры

Основные параметры МДПтранзисторов аналогичны параметрам ПТ о р-п переходом и имеют тот же физический смысл. Только в МДПтранзис торах с индуцированным каналом вместо параметра напряжения отсечки U вводят параметр - пороговое напряжение затвора U . Наличие диэлектрика, изолирующего затвор от канала, увеличивает на несколько порядков входное сопротивление МДП транзисторов (до 10^{х 5} Ом). 23 МДП транзистор с индуцированным каналом. Принцип действия. ВАХ. УГО. Параметры.

МДП транзистор с индуцированным каналом. Принцип действия

Различают две разновидности МДП (МОП) транзисторов: с индуцированным каналом, со встроенным каналом. Рисунок 1 - p-канальный МДП транзистор. а) – с индуцированным каналом

• М ДП-транзисторы с индуцированным каналом

При отрицательном потенциале на затворе (рис.1 а. ) в результате проникновения электрического поля через диэлектрический слой в полупроводник при малых напряжениях на затворе (меньших UЗИ пор) у поверхности полупроводника под затвором возникает обеднённый основными носителями слой и область объёмного заряда, состоящая из ионизированных нескомпенсированных примесных атомов. При напряжениях на затворе, больших UЗИ пор, у поверхности полупроводника под затвором возникает инверсный слой, который и является каналом.

Вах

Стоковые (выходные) вольт-амперные характеристики транзистора с индуцированным каналом приведены на рис. 5.5, а. Они близки по виду аналогичным характеристикам транзистора со встроенным каналом и имеют тот же характер зависимости . Отличие заключается в том, что управление током  транзистора осуществляется напряжением только положительной полярности, совпадающей с полярностью напряжения . Ток стока  равен нулю при , в то время как в транзисторе со встроенным каналом для этого необходимо изменить полярность напряжения на затворе относительно истока.

 

 

Рис. 5.5. Характеристики транзистора с индуцированным каналом:

а – стоковые характеристики; б – стоко-затворная характеристика

Вид стоко-затворной характеристики транзистора с индуцированным каналом  показан на рис. 5.5, б. В отличие от транзистора со встроенным каналом, характеристика имеет только одну ветвь, соответствующую только режиму обогащения.

УГО

Это БЕЗ выводом

  со встроенным p-каналом обедненного типа

со встроенным n-каналом обогащенного типа

с индуцированным p-каналом обогащенного типа

с индуцированным n-каналом обогащенного типа

Параметры

Основные параметры МДПтранзисторов аналогичны параметрам ПТ о р-п переходом и имеют тот же физический смысл. Только в МДПтранзис торах с индуцированным каналом вместо параметра напряжения отсечки U вводят параметр - пороговое напряжение затвора U . Наличие диэлектрика, изолирующего затвор от канала, увеличивает на несколько порядков входное сопротивление МДП транзисторов (до 10^{х 5} Ом).