Устройство и основные физические процессы

Устройство транзистора. Дадим схематическое изоб­ражение структуры полевого транзистора с управляющим переходом и каналом р-типа (рис. 1.85) и условное графи­ческое обозначение этого транзистора (рис. 1.86,а). Стрел­ка указывает направление от слоя р к слою п (как и стрелка в изображении эмиттера биполярного транзистора). В интегральных микросхемах линейные размеры транзисто­ров могут быть меньше 1 мкм.

Удельное сопротивление слоя л (затвора) намного меньше удельного сопротивления слоя р (канала), поэто­му область р-n-перехода, обедненная подвижными носи­телями заряда и имеющая очень большое удельное сопро­тивление, расположена главным образом в слое р.

Если типы проводимости слоев полупроводника в рас­смотренном транзисторе изменить на противоположные, то получим полевой транзистор с управляющим р-n-пере-ходом и каналом л-типа, его условное графическое обо­значение представлено на рис. 1.86, б.

Основные физические процессы. Подадим положительноенапряжение между затвором и истоком транзистора с ка­налом р-типа: и_зи > 0. Оно сместит р-n-переход в обратном направлении.

При увеличении обратного напряжения на р-n-перехо­де он расширяется в основном за счет канала (в силу указанного выше различия в удельных сопротивлениях). Увеличение ширины р-n-перехода уменьшает толщину канала и, следовательно, увеличивает его сопротивление. Это приводит к уменьшению тока между истоком и сто­ком. Именно это явление позволяет управлять током с помощью напряжения и соответствующего ему электри­ческого поля. Если напряжение и_зи достаточно велико и равно напряжению отсечки U_зи.отс канал полностью пере­крывается областью р-n-перехода.

В рабочем (не аварийном) режиме р-n-переход должен находиться под обратным или нулевым напряжением. Поэтому в рабочем режиме ток затвора примерно равен нулю (i₃ » 0), а ток стока i_с примерно равен току истока i_u.

(i_с » i_с)

Важно учитывать, что на ширину p-n-перехода и тол­щину канала прямое влияние может оказывать напряже­ние между истоком и стоком и_ис

Пусть и_из = 0 (между истоком и затвором включена за-коротка) и подано положительное напряжение и_ис (рис. 1.87). Это напряжение через закоротку окажется по­данным на промежуток затвор — сток, т. е. окажется, что и_зс = и_ис что р-n-переход находится под обратным напря­жением.

Обратное напряжение в различных областях р-n-пере-хода различно. В областях вблизи истока это напряжение практически равно нулю, а в областях вблизи стока это напряжение равно величине и_ис. Поэтому p-n-переход бу­дет шире в тех областях, которые ближе к стоку. Обычно считают, что напряжение в канале от истока к стоку уве­личивается линейно.

Можно утверждать, что при и_ис= U_зи.отс канал полнос­тью перекроется вблизи стока. При дальнейшем увеличе­нии напряжения и_ис та область канала, в которой он пе­рекрыт, будет расширяться (рис. 1.88).