1) При отсутствии напряжения на затворе р-n переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным.
2) При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина р-n переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются.
3) При достаточно больших напряжениях на затворе ширина р-n переходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю.
Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки.
Вывод: полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими р-n переходами работают только в режиме обеднения канала.
Полевые транзисторы с изолированным затвором. Данные приборы имеют затвор в виде металлической плёнки, которая изолирована от полупроводника слоем диэлектрика, в виде которого применяется окись кремния. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором называют МОП и МДП. Аббревиатура МОП расшифровывается как металл, окись, полупроводник. МДП расшифровывается как металл, диэлектрик, полупроводник. МОП - транзисторы могут быть двух видов:
• Транзисторы со встроенным каналом
• Транзисторы с индуцированным каналом.
Транзистор со встроенным каналом.
Основой такого транзистора является кристалл кремния р- или п-типа проводимости.
Для транзистора с n-типом проводимости:
Uзи = 0; Ic1;
Uзи > 0; Ic2 > Ic1;
Uзи < 0; Ic3 < Ic1;
Uзи << 0; Ic4 = 0.
Принцип действия:
Под действием электрического поля между стоком и истоком через канал будут протекать основные носители зарядов, т. е. будет существовать ток стока. При подаче на затвор положительного напряжения электроны как неосновные носители подложки будут притягиваться в канал. Канал обогатится носителями заряда, и ток стока увеличится.
При подаче на затвор отрицательного напряжения электроны из канала будут уходить в подложку, канал обеднится носителями зарядов, и ток стока уменьшится. При достаточно больших напряжениях на затворе все носители заряда могут из канала уходить в подложку, и ток стока станет равным нулю.
Вывод: МОП - транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения зарядов.
Транзисторы с индуцированным каналом.
Uз = 0; Ic1 = 0;
Uз < 0; Ic2 = 0;
Uз > 0; Ic3 > 0.
При напряжениях на затворе, равных или меньше нуля, канал отсутствует, и ток стока будет равен нулю. При положительных напряжениях на затворе электроны, как не основные носители заряда подложки р-типа, будут притягиваться к затвору, а дырки будут уходить вглубь подложки. В результате в тонком слое под затвором концентрация электронов превысит концентрацию дырок, т. е. в этом слое полупроводник поменяет тип своей проводимости. Образуется (индуцируется) канал, и в цепи стока потечёт ток.
Вывод: МОП–транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обогащения.
МОП–транзисторы обладают большим входным сопротивлением, чем транзисторы с управляемым переходом. Rвх = (1013÷1015) Ом.
20. Дифузійний інтегральний транзистор з ізоляцією р-n-переходом
Наиболее часто интегральные транзисторы изолируют обратно включенным р-п-переходом и реже – диэлектриком.
Структура интегрального транзистора, изолированных обратно включенным р-п-переходом показана на рис. 66
Транзисторы, изолированные p-n-переходом, как правило, имеют планарно-эпитаксиальную структуру со скрытым n+- слоем коллектора, т. е. изготовляются на исходной полупроводниковой пластине р-типа, на поверхность которой предварительно наращивают эпитаксиальный слой противоположного типа электропроводности, имеющий толщину 5 — 10 мкм. При формировании планарно-эпитаксиальных структур сначала локальной диффузией атомов бора р-типа в эпитаксиальном слое п-типа получают изолированные области п-типа.
Затем двумя последовательными локальными диффузиями соответственно атомов бора и фосфора в созданных локальных изолированных областях п-типа формируют р-п-переходы коллектор — база и эмиттер — база.
Распределение концентраций примесных атомов в активных областях планарно-эпитаксиального биполярного транзистора ИМС показано на рис. 67.
Рис. 67 – Распределение концентраций примесных атомов:
1 – в коллекторной области;
2 – в скрытом n+-слое;
3,4 – в базовой и эмиттерной областях
Внутри изолированного кармана такого транзистора обычно создают так называемый скрытый n+-слой коллектора, имеющий высокую концентрацию атомов какого-либо элемента V группы. Для этого перед эпитаксиальным наращиванием слоя n-типа проводят дополнительную диффузию чаще всего сурьмы, имеющей относительно невысокий коэффициент диффузии. Скрытый слой увеличивает коэффициент усиления транзистора по току при его работе в инверсном режиме, что весьма существенно для обеспечения оптимального режима работы цифровых ИМС. Примесные атомы, введением которых получают базовую и эмиттерную области, распределяются неравномерно и имеют наибольшую концентрацию на поверхности пластины.