Полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом

Данный транзистор имеет примерно такую же структуру, как и полевой транзистор с индуцированным каналом.

За счёт легирования или конфигурации карманов под затвором создаётся слой проводимости. Если карман p-типа, то проводимость p-типа. Даже при нулевом напряжении существует канал.

Данный транзистор может работать в двух режимах: режим обогащения и режим обеднения носителей заряда канала.

В ПТ с ИЗ крутизна транзистора зависит от параметров полупроводника и характеристик канала.

, (4.2)

где − подвижность носителей в канале;

− ёмкость затвора относительно канала;

− ширина канала;

l – длина канала.

Из этой формулы видно, что за счёт большей подвижности электронов потенциально большую крутизну иметь транзисторы с n-каналом.

Увеличить крутизну можно за счёт уменьшения длины канала.

При увеличении поперечного сечения канала b увеличиваются паразитные ёмкости, а соответственно ухудшаются частотные свойства транзистора.

Ёмкость зависит от диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрика.

Получить большую крутизну транзистора достаточно сложно.

Мощные транзисторы, созданные по такой технологии, будут иметь большую площадь для обеспечения больших токов.

Мощные полевые транзисторы выполняют по технологии транзисторов с вертикальной структурой.

Получаем большое сечение b, маленькую длину канала l и очень малую площадь, занимаемую транзистором.

За счёт этого крутизна транзистора может составлять несколько .

У обычных ПТ крутизна составляет ~ 10 .

4.3 Полевые транзисторы со статической индукцией (СИТ)

Эти транзисторы можно отнести к транзисторам с вертикальной структурой и с p-n-переходом в качестве затвора. В общем случае они являются аналогом вакуумного триода.

В n-проводнике за счёт напыления получают p-область.

Основное отличие:

Длина канала в транзисторе со статической индукцией составляет очень маленькую величину – порядка долей микрометра.

Обеспечить полное перекрытие каналов не удаётся.

При увеличении напряжения на стоке в области между затвором и истоком возникает ускоряющее для основных носителей заряда поле и проводимость канала улучшается.

Выходные характеристики СИТ:

Выходные характеристики транзистора практически полностью повторяют выходные характеристики вакуумного триода. Это единственный полупроводниковый прибор, который имеет триодные характеристики.

Преимущество: т. к. характеристики близки к характеристикам источника напряжения, то этот прибор имеет очень малое выходное сопротивление. Он хорошо согласуется с низкоомными нагрузками.

Характеристики передачи.

Характеристики передачи СИТ похожи на обычные характеристики передачи транзистора с p-n-переходом.

Может наблюдаться ток затвора.

Наиболее выгодно использовать СИТы в выходных каскадах усилителей мощности.

СИТы имеют некоторые преимущества перед лампами. У СИТов канал проводимости может быть n- и p-типа.

Выходные каскады можно строить на комплементарной (от англ. “complementary” – дополнительный) схеме. Отпадает необходимость в согласующем выходном трансформаторе, а это улучшает частотные свойства и линейность схемы.

Использование СИТов в качестве ключевого элемента не столь эффективно.

Недостатки:

1. СИТ является нормально замкнутым ключом. При = 0 через него протекает достаточно большой ток стока.

2. Для СИТов характерны достаточно большие падения напряжения при прямом включении.

СИТы в ключевых схемах используются с положительным напряжением на затворе. В этом случае можно существенно уменьшить прямое падение напряжения.

Наиболее часто СИТ используется в усилительных схемах.

4.4 Частотные свойства полевых транзисторов

В ПТ отсутствуют процессы инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. Инжекционность ПТ определяется процессом перезарядки их ёмкостей. В одном случае это ёмкость p-n-перехода, в другом – ёмкость между затвором и истоком.

Полевые транзисторы являются более высокочастотными (быстродействующими), чем биполярные транзисторы. На высоких частотах перезарядка ёмкости затвора приводи к появлению достаточно заметного тока затвора.

Основное достоинство (малое потребление в цепи затвора) снижается.

Перезарядка ёмкостей может происходить только по внешним цепям. Частотные свойства сильно зависят от сопротивления в цепи затвора. (В БТ входная ёмкость шунтируется необходимым сопротивлением p-n-перехода.)

В ПТ заметен эффект Миллера, связанный с увеличением входной ёмкости за счёт сильного изменения напряжения на стоке.

= = ; (4.3)

= . (4.4)

4.5 Работа полевых транзисторов на прямоугольный импульс

В момент подаём импульс. Через t = происходит включение. Идёт формирование фронта от уровня 0,1 до 0,9. Момент времени - выключение.

и определяются только временем перезарядки соответствующих ёмкостей.

В настоящее время полевые транзисторы позволяют получать длительность фронтов в единицах наносекунд, а сопротивление в выключенном состоянии ПТ может составлять тысячные доли Ома.

4.6 Полупроводниковые приборы с зарядовой связью

Прибор с зарядовой связью (ПЗС)–это полупроводниковый прибор, в котором используется эффект накопления неосновных носителей заряда под электродами МДП- структур и перемещения этих носителей от одного электрода к другому.

Принцип действия ПЗС рассмотрим на примере трёхтактной схемы сдвигового растра:

карманы (один – U, второй – С).

Имеется несколько групп изолированных затворов. 1-й затвор – у входа рядом с . Остальные разбиты на три группы.

Рассмотрим диаграмму работы (запись “1” и “0”):

В трёхтактных ПЗС на группу управляющих электродов подают напряжения, создающие потенциальные ямы, которые в свою очередь создают переход носителей заряда от входа к выходу.

Чередование уровней этих напряжений во времени выбирается таким, чтобы обеспечить перенос заряда от входного электрода истока к выходному электроду истоку. При этом, меняя уровень на входном электроде , можно регулировать величину переносимого заряда.

Для записи информации ПЗС на электрод подают напряжение, больше порогового. Если в данный момент времени перенос осуществлять не нужно, то на подают напряжение, ниже порогового. Одновременно с этим на первую группу электродов подаётся максимальное напряжение. В результате заряд с U через электрод может перетечь в потенциальную яму, расположенную под первымзатвором. Аналогично под всеми первымизатворами образуется потенциальная яма. Если в рядом расположенных областях есть заряды, то они будут перетекать в эту потенциальную яму. В следующем такте на первую группу подают удерживающее напряжение, ниже порогового по абсолютной величине, но меньше максимально возможного. На вторую группу подают максимальное отрицательное напряжение, следовательно, потенциальная яма возникает под второй группой затворов. Для исключения дальнейшего перемещения заряда на третью группу подают напряжение, ниже порогового. В следующем такте потенциальная яма образуется под третье группой затворов и т. д.