6Полевые транзисторы

Основной особенностью таких приборов является управление током в выходной цепи путем изменения величины электрического поля, а не тока, во входной. Такие транзисторы имеют существенные отличия от биполярных как по конструкции, так и физическим процессам, протекающим при их работе.

Биполярный транзистор представляет собой прибор с двумя p-n-переходами, в переносе тока участвуют носители обоих типов. При работе такого транзистора протекают процессы инжекции, диффузии и экстракции, носители введенные в базу, являются для нее неосновными. При любой схеме включения биполярного транзистора, чтобы изменить ток в его выходной цепи необходимо подать определенный ток во входную. Такие транзисторы являются приборами с токовым управлением и существует лишь две их разновидности – p-n-p и n-p-n.

Перенос тока в полевом транзисторе осуществляется носителями только одного типа (электронами или дырками). Поэтому такие приборы часто называются униполярными.

Управление потоком носителей, проходящим через область полевого транзистора, называемую каналом, производится путем изменения электрического поля, создаваемого в области канала с помощью специального электрода – затвора. В отличие от биполярного транзистора, ток в цепи управления при этом не протекает, то есть полевой транзистор подобно электронной лампе, является прибором с потенциальным управлением.

Затвор может быть отделен от канала либо посредством обратно смещенного p-n перехода или слоем диэлектрика, в роли которого чаще всего используются окислы полупроводниковых материалов. Транзисторы первого вида называются полевыми транзисторами с управляющим p-n переходом, а второго вида - МДП или МОП транзисторами. Выводы от крайних областей канала имеют наименования – сток и исток.

Упрощенная структура полевых транзисторов с p-n переходом и каналами различных типов проводимости, а также их условные обозначения на электрических схемах приведены на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Структура и условные обозначения

полевых транзисторов с p-n переходом.

При работе такого транзистора переход затвор-канал смещается в обратном направлении, в связи с чем в слоях полупроводника появляются зоны, обедненные свободными носителями. С ростом обратного напряжения размеры обедненных слоев будут увеличиваться. Наиболее заметно этот эффект проявляется в полупроводнике, образующем канал, что связано с различной концентрацией примесей, вводимых в исходные материалы (затвор легируется сильнее области канала). Таким образом, при увеличении запирающего напряжения сечение канала и, соответственно, его проводимость будут уменьшаться по сравнению с ситуацией, когда . При некотором напряжении , называемом напряжением отсечки , канал перекроется полностью и его проводимость исчезнет (рис.4.2).

Рис. 4.2. Изменение сечения канала полевого транзистора с p-n

переходом и n каналом при управлении по цепи затвора.

При смене полярности управляющего напряжения слои, обедненные свободными носителями, исчезают, проводимость канала дополнительно увеличивается, но появляется ток во входной цепи, поэтому такой режим работы полевого транзистора с p-n переходом практически не используется.

В полевом транзисторе ток стока сложным образом зависит как от управляющего напряжения, так и от разности потенциалов, приложенных между выводами исток – сток. В ситуации, когда для транзистора с n-каналом , а на сток подано положительное относительно истока напряжение, через канал потечет некоторый ток . При этом потенциал по длине канала меняется от нуля в области истока до + у электрода стока, то есть запирающее напряжение в области стока будет больше, чем у истока, а сечение проводящего канала вблизи стока окажется меньше (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Изменение размеров и профиля канала полевого

транзистора при изменении напряжения сток – исток.