Полевые транзисторы

По принципу устройства полевые транзисторы бывают с управляющим переходом и с изолированным затвором. Транзисторы с изолированным затвором по структуре разделяются на транзисторы с индуцированным каналом и со встроенным каналом. По типу используемого изолирующего материала транзисторы с изолированным затвором называют МДП-транзисторами (от слов «металл - диэлектрик - полупроводник») или МОП-транзисторами (от слов «металл - оксид - полупроводник»). В последнем случае диэлектриком служит слой диоксида кремния SiO₂.

Полевые транзисторы обладают высоким входным сопротивлением. Входное сопротивление на низких частотах транзисторов с изолированным затвором достигает 10¹⁴ - 10¹⁶ Ом.

Структура и принцип действия полевого транзистора с управляющим переходом. Устройство и условное графическое обозначение полевого транзистора с p–n-переходом и каналом р-типа изображены на рисунке.

Управляемый канал образуется путем формирования управляющей области с другим типом проводимости. В рассматриваемом случае это р-область, а канал представляет пластинку из полупроводника n-типа. При подаче на затвор обратного напряжения (относительно истока) увеличивается толщина p-n-перехода и соответственно этому уменьшается поперечное сечение канала (область, через которую проходит поток основных носителей - электронов).

При некотором запирающем напряжении площадь поперечного сечения канала становится равной нулю и транзистор запирается. Это напряжение получило название напряжения отсечки u_{з-и отс} .

Выходные характеристики (а) и характеристики прямой передачи (б) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа

Работа полевого транзистора обычно происходит на пологой части семейства выходных статических характеристик. Напряжение затвора, при котором полевой транзистор запирается, называется напряжением отсечки U_{ЗИ отс} .

Основные параметры полевого транзистора. Основным параметром полевого транзистора является крутизна характеристики прямой передачи S.

S = Di_c /Du_з-и при u_с-и =const.

Следующий параметр - внутреннее сопротивление полевого транзистора R_i =Du_с-и /Di_c при постоянном значении напряжения на затворе, т. е. u_з-и = const.

Иногда пользуются еще одним параметром, получившим название коэффициента усиления m. Коэффициент усиления m показывает, во сколько раз сильнее действует на ток стока изменение напряжения затвора по сравнению с напряжением стока. Он определяется формулой:

m = - Du_с-и/Du_з-и при i_c =const.

Схемы включения полевых транзисторов. Как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы можно включить по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ) - аналогична схеме с общим эмиттером, с общим стоком (ОС) и с общим затвором (ОЗ).

Схема включения полевого транзистора с общим истоком и с автоматическим напряжением смещения

Полевые транзисторы с изолированным затвором. В полевых транзисторах с изолированным затвором металлический затвор отделен от полупроводникового канала тонким слоем диэлектрика. Толщина диэлектрического слоя 0,1 - 0,2 мкм. Основанием полевого транзистора с изолированным затвором, которое называется подложкой, служит кремниевая пластинка с электропроводностью р- или n-типа с относительно высоким удельным сопротивлением. На подложке созданы две сильнолегированные области с противоположным типом электропроводимости. На рис. показаны структура и условное графическое обозначение полевого транзистора с изолированным затвором и со встроенным каналом n-типа. Таким образом, получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника, т. е. МДП-структура. Обычно подложка соединяется с исто

Выходные статические характеристики (а) и статические характеристики прямой передачи (б) МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа

МДП-транзисторы с индуцированным каналом. Канал в нем возникает только при подаче на затвор напряжения соответствующей полярности. В случае МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа канал формируется при подаче на затвор напряжения положительной полярности (относительно истока).

Принцип устройства МДП-транзистора с индуцированным каналом (а) и условное графическое обозначение МДП-транзисторов с каналами n-типа (б) и р-типа (в)

Если на затвор подать относительно истока положительное напряжение, то под влиянием поля затвора электроны будут перемещаться из соседних областей по направлению к затвору. Когда напряжение затвора превысит некоторое пороговое значение, то в приповерхностном слое произойдет инверсия типа электропроводности, т. е. образуется тонкий слой n-типа, и транзистор начинает проводить ток.

рис. 3. Выходные статические характеристики (а) и статические характеристики передачи (б) МДП-транзистора с индуцированным каналом

При увеличении положительного напряжения затвора увеличивается проводимость канала, и ток стока растет. МДП-транзистор с индуцированным каналом может работать только в режиме обогащения, что видно из его статических выходных характеристик и характеристик передачи (рис. 3.).

При работе с МДП-транзисторами следует принимать меры предосторожности для предотвращения пробоя тонкого слоя диэлектрика между затвором и каналом под действием статических зарядов, которые могут возникнуть на изолированном затворе. При транспортировке и монтаже выводы транзисторов должны быть накоротко замкнуты, замыкающие проводники удаляют только по окончании монтажа, когда выводы транзистора уже впаяны в схему.