Полевые транзисторы

Полевые транзисторы

Представление о полевых транзисторах

1) Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом

2) Характеристики и параметры полевых транзисторов

3) Полевые транзисторы с изолированным затвором

4) Полевые транзисторы для ИМС, репрограммируемых постоянных запо- минающих устройств (РПЗУ)

1) Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим

p-n переходом. Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электриче- ского поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, ко- торое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Несколько определений:

Рис. 95

· Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, назы- вается истоком.

· Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называ- ется стоком.

· Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором.

· Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между p- n переходом, называется каналом полевого транзистора.

Поэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом p-типа или n-типа.

Условное графическое изображение (УГО) полевого транзистора с каналом n-типа изображе- но на рисунке 96, а с каналом p-типа на рисунке 97.

Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с каналом n-типа.

1) Uзи = 0; Ic1 = max;

2) |Uзи| > 0; Ic2 < Ic1

3) |Uзи| >> 0; Ic3 = 0

На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение меж- ду стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока.

1) При отсутствии напряжения на затворе p-n переходы закрыты собственным внутрен- ним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет

максимальным.

2) При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p-n переходов увеличива- ется, а ширина канала и ток стока уменьшаются.

3) При достаточно больших напряжениях на затворе ширина p-n переходов может уве- личиться 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 гово- рить, что полевые транзисторы с управляющими p-n переходами работают только в режиме обеднения канала.

2) Характеристики и параметры полевых транзисторов. К основным характери- стикам относятся:

· Стокозатворная характеристика – это зависимость тока стока (Ic) от напряжения на за- творе (Uси) для транзисторов с каналом n-типа.

· Стоковая характеристика – это зависимость Ic от Uси при постоянном напряжении на затворе (смотрите Рис. 100). Ic = f (Uси) при Uзи = Const

Основные параметры:

1) Напряжение отсечки.

2) Крутизна стокозатворной характеристики. Она показывает, на сколько миллиампер изме- нится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1В.

S = DIс приUси = Const

DUзи

S = Iс2 - Iс1

Uзи2 - Uзи1

3) Внутреннее сопротивление (или выходное) полевого транзистора.

Ri = DUси приUзи = Const

DIc

4) Входное сопротивление.

Rвх = DUзи £ 109 Ом

DIз

Так как на затвор подаётся только запирающее напряжение, то ток затвора будет представлять

собой обратный ток закрытого p-n перехода и будет очень мал. Величина входного сопротив- ления Rвх будет очень велика и может достигать 109 Ом.

3) Полевые транзисторы с изолированным затвором. Данные приборы имеют за- твор в виде металлической плёнки, которая изолирована от полупроводника слоем диэлектри-

ка, в виде которого применяется окись кремния. Поэтому полевые транзисторы с изолирован- ным 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 p- или n-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 положи- тельного 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 обогаще- ния, 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 носите- ли заряда подложки p-типа, будут притягиваться к затвору, а дырки будут уходить вглубь подложки. В результате в тонком слое под затвором концентрация электронов превысит кон- центрацию дырок, т. е. в этом слое полупроводник поменяет тип своей проводимости. Образу- ется (индуцируется) канал, и в цепи стока потечёт ток.

Вывод: МОП – транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обо- гащения.

МОП – транзисторы обладают бόльшим входным сопротивлением, чем транзисторы с управ- ляемым переходом. Rвх = (1013 ÷ 1015) Ом.