Разновидности полевых транзисторов

 

Полевые транзисторы с изолированным затвором. В транзисторах этого типа затвор отделен от полупроводни­ка слоем диэлектрика, в качестве которого в кремниевых приборах обычно используется двуокись кремния. Эти транзисторы обозначают аббревиатурой МОП (металл-окисел-полупроводник) и МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). В англоязычной литературе их обычно обо­значают аббревиатурой MOSFET или MISFET (Metal-Oxide (Insulator) — Semiconductor FET). В свою очередь МДП-транзисторы делят на два типа.

В так называемых транзисторах со встроенным (собственным) каналом (транзистор обедненного типа) и до подачи напряжения на затвор имеется канал, соединяющий исток и сток.

В так называемых транзисторах с индуцированным каналом (транзистор обогащенного типа) указанный выше канал отсутствует.

МДП-транзисторы характеризуются очень большим входным сопротивлением. При работе с такими транзисторами надо предпринимать особые меры защиты от статического электричества. Например, при пайке все выводы необходимо закоротить.

 

МДП-транзистор со встроенным каналом. Канал можетиметь проводимость как p-типа, так и n-типа. Для определенности обратимся к транзистору с каналом p-типа. Дадим схематическое изображение структуры транзистора (рис. 1.97), условное графическое обозначение транзи­стора с каналом p-типа (рис. 1.98, а) и с каналом n-типа (рис. 1.98, б). Стрелка, как обычно, указывает направление от слоя р к слою n.

Рассматриваемый транзистор (см. рис. 1.97) может работать в двух режимах: обеднения и обогащения.

Режиму обеднения соответствует положительное напряжение и_зи. При увеличении этого напряжения концентрация дырок в канале уменьшается

 

(так как потенциал затвора больше потенциала истока), что приводит к уменьшению тока стока.

Если напряжение и_зи больше напряжения отсечки, т. е. если u_зи > U_{зи omc}, то канал не существует и ток между исто­ком и стоком равен нулю.

Режиму обогащения соответствует отрицательное напряжение и_зи. При этом чем больше модуль указанного напряжения, тем больше проводимость канала и тем больше ток стока.

Приведем схему включения транзистора (рис. 1.99). На ток стока влияет не только напряжение и_зи, но и напряжение между подложкой и истоком и_пи. Однако управление по затвору всегда предпочтительнее, так как при этом входные токи намного меньше. Кроме того, наличие напряжения на подложке уменьшает крутизну.

Подложка образует с истоком, стоком и каналом p-n-переход. При использовании транзистора необходимо следить за тем, чтобы напряжение на этом переходе не смещало его в прямом направлении. На практике подложку подключают к истоку (как показано на схеме) или к точке схемы, имеющей потенциал, больший потенциала истока (потенциал стока

 

 

в приведенной выше схеме меньше потенциала истока).

Изобразим выходные характеристики МДП-транзистора (встроенный р-канал) типа КП201Д (рис. 1.100) и его стокозатворную характеристику (рис. 1.101).

 

 

МДП-транзистор с индуцированным (наведенным) каналом. Канал может иметь проводимость как р-типа, так и n-типа. Для определенности

 

обратимся к транзистору с каналом p-типа. Дадим схематическое изображение структуры транзистора (рис. 1.102), условное графическое обозначение транзистора с индуцированным каналом р-типа (рис. 1.103, а) и каналом n-типа (рис. 1.103, б).

 

При нулевом напряжении и_зи канал отсутствует (рис. 1.102) и ток стока равен нулю. Транзистор может работать только в режиме обогащения, которому соответствует отрицательное напряжение и_зи. При этом и_из > 0.

Если выполняется неравенство и_из > U_{из..порог ,} где U_{из..порог} --- так называемое пороговое напряжение, то между истоком и стоком возникает канал p-типа, по которому может протекать ток. Канал p-типа возникает из-за того, что концентрация дырок под затвором увеличивается, а концентрация электронов уменьшается, в результате чего концентрация дырок оказывается больше концентрации электронов. Описанное явление изменения типа проводимости называют инверсией типа проводимости, а слой полупроводника, в котором оно имеет место (и который является каналом), — инверсным (инверсионным). Непосредственно под инверсным слоем образуется слой, обедненный подвижными носителями заряда. Инверсный слой значительно тоньше обедненного (толщина инверс-ного слоя 1 • 10^-9 ...5 • 10^-9 м, а толщина обедненного слоя больше в 10 и более раз).

Изобразим схему включения транзистора (рис. 1.104), выходные характеристики (рис. 1.105) и стокозатворную характеристику (рис. 1.106) для МДП-транзистора с индуцированным р-каналом КП301Б.

 

 

Полезно отметить, что в пакете программ Micro-Cap II для моделирования полевых транзисторов всех типов используется одна и та же математическая модель (но, естественно, с различными параметрами).