Главная Движение носителей электрических зарядов




Рис. 17.17

составляет слабо насыщенная примесью пластина (подложка) полупроводника с электропроводностью и- или р-типа (на рисунке k-Si), в которой созданы две сильно насыщенные примесью области противоположного

типа электропроводности (на рисунке р*). Расстояние между р*-областями ~1 мкм. Они соединены тонким слоем полупроводника того же типа электропроводности, что и р*-области, но этот слой слабо насыщен примесью (р-канал). Поверхность пластины полупроводник покрыта слоем диэлектрика толщиной ~0,1 мкм. На слой диэлектрика над каналом нанесен металлический контакт - затвор 3. Области также имеют металлические контакты, один из которых называют истоком И, другой - стоком С. Обычно для пластины полупроводника используют кремний, а в качестве диэлектрика - пленку диоксида кремния, выращенную на поверхности кремния путем окисления его при высокой температуре.

На рис. 17.18 показаны схемы включения МДП-транзистора: а - с общим истоком (ОИ); б - с общим стоком (OQ; в - с общим затвором (ОЗ) (полярность выводов на рисунке не показана, так как она зависит от режима работы).

Принцип работы МДП-транзистора со встроенным каналом рассмотрим на примере схемы с ОИ (рис. 17.18, а). В полупроводнике у его поверхности в электрическом поле происходит обеднение или обогащение приповерхностного слоя носителями заряда, что зависит от направления электрического поля в канале транзистора. Это направление электрического поля определяется знаком потенциала на затворе относительно пластины. Если на затвор подан положительный потенциал [/зи, электрическое поле будет выталкивать дырки из канала и канал обеднится основными носителями (дырками), а проводимость канала уменьщится. Если на затвор подан отрицательный потенциал, то дырки начнут втягиваться в канал и обогащать его основными носителями, проводимость канала увеличится. В первом случае транзистор работает в режиме обеднения, во втором случае - в реясиме обогащения. Если исток и сток подсоединить к источнику питания 1/си. то начнется дрейф дырок через канал, т. е. через канал пройдет ток стока 1с, значение которого зависит как от Ucn, так и от [7зи. При прохождении

Рис. 17.18

И С



тока Б канале создается падение напряжения. Потенциал истока равен нулю, а потенциал cTOia равен -Uqh (как и в транзисторе с управляющим р-и-переходом). На границе пластины п-типа с областями р-типа и каналом р-типа образуется р-и-переход, который смещен в обратном направлении. Так как в МДП-транзисторах затвор изолирован от полупроводника пленкой диэлектрика, то эти транзисторы могут работать как при полоясительном, так и при отрицательном напряжении С/зи.

Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом р-типа показаны на рис. 17.19: выходные (стоковые) - на рис. 17.19, й, характеристика передачи (стокозатворная) - на рис. 17.19,6; для режима обеднения - область /, обогащения - область П.

В МДП-транзисторах с индуцированным каналом (см. рис 11.11,6) канал не создается в процессе изготовления, а образуется под воздействием электрического поля. Если к транзистору с ОИ подключить напряжение Сси, по цепи стока пойдет обратный ток р-п-перехода, значение которого очень мало. При подключении в цепь затвора напряжения С/зи так, чтобы потенциал затвора относительно истока и пластины был обязательно отрицательным (для транзистора на рис. 17.17, б), под действием электрического поля под затвором приповерхностный слой пластины полупроводника обеднится.

Если С/зи достигнет определенного значения, называемого поро говым (С/зи = tBHnop). то слой полупроводника под затвором настолько обеднится, что произойдет его инверсия: образуется канал р-тгта, •который соединит обе области р-типа. Если С/си О, по каналу потечет ток стока. Изменяя напряжение на затворе С/зи зипор» можно менять толщину и поперечное сечение канала и тем самым его сопротивление, а следовательно, и ток стока Iq- На значение Iq влияет также напряжение С/си- При этом изменяется и форма канала.

Семейство выходных статических характеристик (рис. 17.20, й) аналогично семейству выходных характеристик транзистора с управляющим р-и-переходом. Однако характеристика для С/зи = О в этом случае отсутствует, так как канал индуцируется при С/зи > С/зипор- Характеристики передачи (рис. 17.20, б) 1с = J (Сзи) при С/си = const.. Они сдвинуты относительно нуля координат на С/зипор-

Параметры МДП-транзисторов те же, что и для транзисторов с управляющим р-и-переходом. В качестве параметра используют также





крутизну характеристики по подложке:

с/зи =<:onsl, Uqh = const

С ПОМОЩЬЮ которого учитывается влияние напряжения на пластине на ток стока. Обычно < S.

На рис. 17.21, й, в даны условные обозначения МДП-транзистора с встроенным и- и р-каналом, на рис. 17,21,6, г -с индуцированным и- и р-каналом.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом используют чаще, чем транзисторы с встроенным каналом. Существенно то, что при отсутствии сигнала на входе они находятся в закрытом состоянии и не потребляют мощности от источника питания.

Применение полевых транзисторов!. Полевые транзисторы нашли широкое прилменение в радиоэлектронике. МДП-транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление (R > 10* Ом, иногда до 10* Ом). Транзисторы с управляющим р-и-переходом имеют более низкое входное сопротивление (до 10* Ом при комнатной температуре). Кроме того, параметры МДП-транзисторов меньше зависят от температуры, чем биполярные (так как принцип их работы основан на использовании только основных носителей). Полевые транзисторы могут работать при низких температурах (вплоть до близких к абсолютному нулю), имеют высокую стабильность параметров во времени при воздействии различных внииних факторов, обладают высокой радиационной устойчивостью (на порядок больше, чем кремниевые биполярные), что важно при использовании транзисторов в космической технике и низким уровнем шумов в области частот до 10 Гц. Коэффициент шума составляет ~0,1 дБ при сопротивлении источника сигнала ~1 МОм.



10 20 30 WchUB -U3ff,B IS 10 5 ffsnop a) 6)

Рис. 17.20

Jlc J©

a) S) 6) г)



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 [113] 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0144