Передаточные и выходные характеристики транзистора с изолированным затвором

П ередаточные характеристики транзистора с изолированным затвором I_c=f(U_ЗИ) при U_СИ=const в соответствии с выражением (7.4.6) описываются квадратичной зависимостью аналогично характеристикам транзистора с p-n-затвором. Однако расположение их относительно оси тока существенно отличается.

У транзисторов с встроенным каналом (рис. 7.11,а) уже при нулевом напряжении затвора имеются достаточная проводимость канала и соответствующий ток стока. При увеличении отрицательного напряжения затвора концентрация электронов в канале снижается, проводимость канала и ток стока падают. При увеличении положительного напряжения затвора канал обогащается электронами, его проводимость и ток стока возрастают. Таким образом, в данном случае управление током возможно как положительным, так и отрицательным напряжением затвора. У транзисторов с индуцированным каналом (рис. 7.11, б) при напряжении затвора, равном нулю, проводимость участка сток — исток определяется р⁺-n-переходом сток — подложка, который отрицательным напряжением стока смещен в обратном направлении (закрыт). Поэтому ток стока равен обратному току току р⁺-n-перехода, т. е. пренебрежимо мал.

При подаче отрицательного напряжения на затвор дырки из р⁺-областей и из глубины полупроводниковой подложки подтягиваются к поверхности, где их концентрация возрастает. Однако поверхность полупроводника обладает большим числом вакантных энергетических состояний, дырки захватываются ими и, становясь связанными, не могут обеспечить электропроводность канала. Электроны же в при­поверхностном слое имеют обычно повышенную концентрацию из-за влияния положительных зарядов поверхностных состояний подложки, зарядов в диэлектрике затвора и контактной разности потенциалов затвор — подложка. Поэтому лишь при значительном увеличении на­пряжения затвора до величины, называемой пороговой, может про­изойти инверсия проводимости приповерхностного слоя и возникнуть р-канал. При этом появляется ток I_с в выходной цепи. При дальнейшем повышении напряжения затвора ток стока возрастает по квадратичному закону. Повышение напряжения стока незначительно увеличивает ток стока в соответствии с выражением (7.48).

Выходные характеристики I_c=f(U_СИ) при U_СИ=const транзисторов с встроенным каналом (рис. 7.12, а) и индуцированным каналом (рис. 7.12, б) по форме напоминают характеристики транзистора с р-n-затвором. При повышении напряжения стока U_СИ ток стока I_с быстро возрастает, затем при U_СИ=U_ЗИ-U_пор происходит отсечка канала и транзистор переходит в режим насыщения.

Т емпературные свойства транзистора с изолированным затвором такие же, как у транзистора с р-n-затвором (рис. 7.13). Также существует термостабильная точка, в которой ток стока 1_Т не зависит от температуры.

Координаты термостабильной точки I_T и U_ЗИТ можно найти, дифференцируя по Т выражение (7.46) с учетом температурных зависимостей β(Т) и U_пор(Т). Первая из них обусловлена зависимостью от температуры главным образом подвижности дырок μ_ps. [см. (7.47)], вторая — влиянием температуры на контактную разность потенциалов. Расчет показывает, что в термостабильной точке в зависимости от концентрации примеси в подложке напряжение затвора

U_ЗИТ = U_пор + (0,8÷2,4) В; (7.50)

с увеличением концентрации примеси оно уменьшается.

Ток стока в термостабильной точке I_T обычно в 5—10 раз ниже, чем при Uзи=0 (рис. 7.13).

Температурный коэффициент по напряжению затвора дU_ЗИ/дТ для МДП-транзистора имеет следующие значения:

-(4÷6) мВ/°С при I_с < (0,05÷0,1)I_T;

±0,5 мВ/°С при I_с≈I_Т;

+ (8÷10) мВ/°С при U_ЗИ=0.

Использование МДП-транзисторов в термостабильном режиме затрудняется тем, что при этом напряжение затвора близко к пороговому и начинает существенно сказываться временной дрейф порогового напряжения.