11.Полевые транзисторы с изолированным затвором, структура н-канального моп транзистора, принцип работы, вах, п-канальные моп транзисторы, моп транзисторы . Обозначение моп транзисторов.

Полевые транзисторы с изолированным затвором (МОП-транзисторы). Основой полевого МОП транзистора, структура которого показана на рисунке 4.5, является кристалл кремния с примесной проводимостью p-типа, называемый подложкой. В подложке путем введения избыточного количества донорной примеси созданы две области с высокой проводимостью n-типа. Одна из этих областей называется истоком, другая - стоком. В промежутке между выводами стока и истока на поверхности кристалла располагается слой изолятора (окись кремния), а на нем металлическая пленка, называемая затвором.

Н азвание - МОП транзистор представляет собой перечисление слоев в структуре транзистора: Металл (затвор), окисел (изоляционная пленка), полупроводник. Часто вместо МОП используется буквосочетание МДП, которое расшифровывается как металл - диэлектрик - полупроводник. Акронимы МОП и МДП сохранились, несмотря на то, что затворы современных транзисторов изготавливаются из полупроводника.

Е сли выводы истока и стока подключить к источнику питания (U₃) так, как это показано на рисунке 4.6, то ток в цепи источника (I₃) будет, практически, равен нулю.

Действительно, участок цепи сток-исток представляет собой два p-n перехода, включенных последовательно и навстречу друг другу. Один из них, в данном случае - стоковый, оказывается включенным в непроводящем направлении, и не будет пропускать ток.

Если же между выводами затвора и подложки приложить управляющее напряжение - U_упр в полярности, указанной на рисунке, то некоторое количество электронов будет переведено из затвора в подложку (произойдет зарядка конденсатора, в котором обкладками являются проводящие области затвора и подложки а диэлектриком – окисная пленка). Эти электроны, притягиваясь к положительному затвору, расположатся в подзатворной области вблизи границы полупроводник – диэлектрик. При небольших U_упр количество переведенных в подзатворную область электронов невелико, они нейтрализуют часть дырок там и уменьшат проводимость подзатворного слоя. Однако с увеличением U_упр количество свободных электронов в подзатворной области возрастает и это приведет к инверсии типа электропроводности, которая из дырочной превратится в электронную. В результате между областями стока и истока образуется проводящий канал n-типа. Следовательно, в цепи источника питания потечет ток I₃. Величина управляющего напряжения, при которой в транзисторе начинает появляться проводящий канал, называется пороговым напряжением открывания транзистора. Дальнейшее увеличение U_упр будет приводить к расширению п роводящего канала, улучшению его проводимости и увеличению тока I₃.

Т аким образом, проводимость канала сток-исток и величина тока в нем может регулироваться управляющим напряжением U_упр.

В рассмотренном МДП транзисторе электрическое поле затвора индуцирует проводящий канал n-типа. Поэтому такие транзисторы называются n-канальными. Однако, по такому же принципу могут быть сделаны p-канальные транзисторы, структура которых и полярность подключения к источникам питания и управления показаны на рисунке 4.7.

Если при изготовлении МОП транзистора легировать подзатворную область подложки противоположной примесью, получается транзистор с исходно существующим каналом между областями стока и истока. Такие транзисторы называются МОП транзисторами со встроенным каналом. Управляющее напряжение между затвором и подложкой изменяет толщину этого канала и его электропроводность. Условное обозначение транзисторов со встроенным каналом отличается от обозначений транзисторов с индуцируемым каналом только сплошной линией, обозначающей канал (Рис.4.8).

Несмотря на коренное отличие принципа работы МОП транзисторов от полевых транзисторов с затвором в виде p-n-перехода их ВАХ сходны по форме. Это объясняется сходством механизмов ограничения тока стока в обоих случаях: увеличение U3 приводит к сужению канала вблизи стокового вывода и ограничению тока I3.