Устройство МДП-транзистора (MOSFET) с встроенным каналом

Структура полевого транзистора со встроенным каналом n-типа проводимости – на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Структура транзистора с встроенным n-каналом

Физическое устройство МДП-транзистора с встроенным каналом отличается от типа с индуцированным каналом наличием между стоком и истоком проводящего канала.

На рис. 5.6 а) – устройство полевого транзистора с изолированным затвором, с встроенным p-каналом.

Рис. 5.6 а) МДП-транзистор с встроенным p-каналом

Работа МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом n-типа

Подключим к транзистору напряжение между истоком и стоком U_си любой полярности. Оставим затвор отключенным (U_зи = 0). В результате через канал пойдет ток I_си, представляющий собой поток электронов.

Далее, подключим к затвору отрицательное напряжение относительно истока. В канале возникнет поперечное электрическое поле, которое начнет выталкивать электроны из зоны канала в сторону подложки. Количество электронов в канале уменьшиться, его сопротивление увеличится, и ток I_си уменьшиться. При повышении отрицательного напряжения на затворе, уменьшается сила тока. Такое состояние работы транзистора называется режимом обеднения.

Если подключить к затвору положительное напряжение, возникшее электрическое поле будет притягивать электроны из областей стока, истока и подложки. Канал расширится, его проводимость повысится, и ток I_си увеличится. Транзистор войдет в режим обогащения.

МДП-транзистор (MOSFET)с встроенным каналом работает в двух режимах: в режиме обеднения и в режиме обогащения.

ВАХ МДП-транзистора(MOSFET) с встроенным каналом

а) стоковые (выходные) характеристики	б) стоково-затворная характеристика

Рис. 6.10 ВАХ МДП-транзистора (MOSFET)с встроенным n-каналом

Приложим от источника питания постоянное напряжение между выводами сток-исток. Пока напряжение затвор-исток отсутствует, канал обладает некоторым сопротивлением, по нему двигаются основные носители заряда, а, следовательно, протекает некоторый ток стока транзистора. Если к выводам затвор-исток транзистора с каналом n-типа подключить источник питания так, чтобы на затвор было подано напряжение положительной полярности, то неосновные носители заряда, присутствующие в подложке, будут втянуты электрическим полем в канал. Концентрация носителей заряда в канале возрастёт, его сопротивление станет меньше, а, значит, ток стока станет больше. Если подключить источник питания обратной полярностью так, чтобы на затвор было подано отрицательное напряжение относительно истока, то электроны, присутствующие в канале, под действием поля будут вытеснены в подложку. При этом концентрация носителей заряда в канале станет ниже, сопротивление канала возрастет, и ток стока станет меньше. Если запирающее напряжение затвор-исток будет столь велико, что практически все носители заряда будут оттеснены в подложку, то ток стока станет почти отсутствовать.

Стоково-затворные характеристики полевых транзисторов со встроенным каналом n-типа и p-типа проводимостей приведены на рис. 5.7.

UЗИ

Рис. 5.7. Стоково-затворные характеристики MOSFET с встроенным каналом

Полевые транзисторы со встроенным каналом функционируют как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения канала.

 

5.3.2. Полевые транзисторы (MOSFET) с индуцированным каналом

Электрод – подложка

Рис. 8.8 Устройство МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным n-каналом

Структура полевого транзистора n-типа проводимости с индуциро-ванным каналом представлена на рис. 5.8.

Рис. 5.8 а). Структура транзистора с индуцированным n-каналом

Когда напряжение затвор-исток полевого транзистора, изображѐнного на рисунке, отсутствует, либо к затвору приложено напряжение отрицательной полярности, канал не возникает и ток стока транзистора не течёт. Когда на затор транзистора подано напряжение положительной полярности относительно истока, возникнет электрическое поле, втягивающее в область под затвором электроны, которые находились в подложке на правах неосновных носителей заряда. А дырки из канала полем будут оттеснены в подложку, обладающую p-типом проводимости. Концентрация электронов в локальном участке полупроводника под затвором между стоком и истоком возрастает относительно концентрации дырок, то есть имеет место смена типа проводимости и возникает, или как говорят, индуцируется, канал. В результате происходит движение носителей заряда по каналу, и течѐт ток стока. Стоково-затворные характеристики полевых транзисторов с индуцированным каналом p-типа и n-типа проводимостей даны на рис. 5.9.

UЗИ

Рис. 5.9. Стоково-затворные характеристики ПТ с индуцированным каналом

Полевые транзисторы с индуцированным каналом функционируют в режиме обогащения канала носителями заряда.

Работа МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом n-типа

Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае электрический ток не пойдет, поскольку между зонами N⁺ находиться область P, не пропускающая электроны. Далее, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока U_зи, возникнет электрическое поле. Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.

Когда U_зи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок. Между стоком и истоком сформируется тонкий канал с электропроводностью n-типа, по которому пойдет ток I_си. Чем выше напряжение на затворе транзистора U_зи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока. Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения.

Рис. 6.7 Работа МДП-транзистора (MOSFET)с индуцированным каналом n-типа

Принцип работы МДП-транзистора (MOSFET)с каналом p-типа такой же, только на затвор нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока.

Вольтамперные характеристики МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом

а) стоковые (выходные) характеристики	б) стоково-затворная характеристика

Рис. 6.8 ВАХ МДП-транзистора (MOSFET)с индуцированным n-каналом

Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора с изолированным затвором похожи на ВАХ полевого транзистора с управляющим p-n-переходом. Как видно на графике а), вначале ток I_си растет прямо пропорционально росту напряжения U_си. Этот участок – омическая область (действует закон Ома), или область насыщения (канал транзистора насыщается носителями заряда). Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток стока I_си практически не растет. Этот участок – активная область. Когда U_си превышает определенное пороговое значение (напряжение пробоя p-n-перехода), структура полупроводника разрушается, и транзистор превращается в обычный резистор. Данный процесс не обратим, и прибор приходит в негодность.