Принцип действия полевого транзистора

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда, протекающим через проводящий канал, управляемый электрическим полем. Характерной особенностью полевых транзисторов являются высокий коэффициент усиления и высокое входное сопротивление.

Известны два типа полевых транзисторов: с управляемым p-n переходом и с изолированным затвором.

Действие полевого транзистора с управляемым p-n переходом основано на зависимости толщины пространственного заряда p-n перехода от приложенного к нему напряжения. В пластинке полупроводника, не охваченной запирающим слоем, образуется токопроводящий канал. Если включить источник питания U_си , то через пластинку между невыпрямляющими контактами потечет ток. Средняя часть пластинки - проводящий канал, электрод, через который втекают носители заряда, называется истоком, а через который они вытекают - стоком.

а) б) в)

Рис.33. Схема полевого транзистора с управляемым p-n переходом

Управляющий электрод называют затвором. Величина тока в канале зависит от сопротивления пластинки между истоком и стоком.

Источник питания U_зи создает отрицательное напряжение на затворе, что приводит к увеличению толщины запирающего слоя и уменьшению сечения канала, а это, в свою очередь, меняет и величину тока. Поскольку p-n переход смещен в обратном направлении, входное сопротивление весьма велико. Рост запирающего напряжения U_зи может привести к полному перекрытию канала. Такой уровень напряжения на затворе называется пороговым или напряжением отсечки.

Полевые транзисторы с изолированным затвором (сокращенно МДП или МОП транзисторы), имеющие две разновидности, могут иметь один или несколько затворов, изолированных от проводящего канала и друг от друга.

а) б) в)

Рис. 34.Схема полевого транзистора с изолированным затвором с встроенным каналом

У МДП транзистора со встроенным каналом основой является пластинка слабо легированного кремния. Области стока и истока соединены проводящим каналом и обладают более высокой проводимостью. На рисунке (Рис.34,а) основа - кремний р-типа, сток, исток и канал - n⁺-типа. Затвор выполнен металлическим слоем, отделенным от канала слоем диэлектрика. При подаче на затвор положительного или отрицательного напряжения меняется концентрация носителей заряда в канале, а значит и его проводимость. В рассматриваемом примере при приложении положительного напряжения канал обогащается электронами, а при подаче отрицательного напряжения - обедняется. Это меняет проводимость канала и ток во внешней цепи.

Рис.35. Схема полевого транзистора с изолированным затвором с индуцированным каналом

У МДП транзистора с индуцированным каналом зоны истока и стока разделены зоной полупроводника обратной проводимости, (Рис.35,а) поэтому при нулевом напряжении на затворе канал отсутствует и тока во внешней цепи нет. У МДП, показанного на рисунке, подложка выполнена из слаболегированного кремния р-типа, сток и исток - из сильно легированного полупроводника n⁺-типа. Металлический затвор отделен диэлектриком. Пока на затвор не подано напряжение, выходной ток при U_си не равном нулю отсутствует, поскольку один из р-n переходов заперт. При подаче на затвор положительного относительно истока напряжения поверхностный слой полупроводника под затвором обогащается электронами, n-области стока и истока замыкаются через образующийся канал. При подаче отрицательного напряжения происходит обогащение дырками и проводящий канал не образуется.