Полевые транзисторы

Полевым называют транзистор, управляемый элек­трическим полем, или транзистор с управляемым каналом для тока.

В отличие от биполярных полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление и поэтому требуют очень малых мощностей для управления.

Ток в полевом транзисторе создается носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), вследствие чего эти транзисторы часто называют унипо­лярными.

Носители заряда в полевом транзисторе являются основными для активной области и его параметры не за­висят от времени жизни неосновных носителей (как у би­полярных транзисторов). Это и определяет высокие час­тотные свойства и меньшую зависимость от температуры.

Изготавливают полевые транзисторы из кремния. В зависимости от электропроводности исходного материала различают транзисторы с р- и п-каналом.

Каналом считают центральную область транзисто­ра. Электрод, из которого в канал поступают основные носители заряда, называют истоком И, а электрод, через который основные носители уходят из канала, - стоком С. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором З.

Полевые транзисторы подразделяются на два ос­новных типа: с затвором в виде p-n-перехода и с изолиро­ванным затвором.

Структурная схема; схема включения и схемное изображение полевого транзистора с затвором в виде р-n-перехода показаны на рис. 90.

Рис. 90. Полевой транзистор с затвором в виде р-п-перехода: а) структурная схема; б) схема включения; в) схемное изображение

Полевой транзистор представляет собой пластину, например, n-типа, на верхней и нижней гранях которой создаются области с проводимостью противоположного типа, например, p-типа. Эти области электрически связа­ны, образуя единый электрод-затвор. Область с n-проводимостью, расположенная между р-областями; образует токовый канал. На торцевые поверхности пластины нано­сят контакты, образующие два других электрода И и С, к которым подключается источник питания U_c и при необ­ходимости сопротивление нагрузки. Между каналом и затвором создаются два p-n-перехода. Ток протекает от истока к стоку по каналу, сечение которого зависит от затвора.

При увеличении отрицательного потенциала на за­творе р-n-переходы запираются и расширяются практи­чески за счет канала, сечение канала, а следовательно, и его проводимость, уменьшаются, ток через канал падает, (рис. 91 а). При некотором U₃ = U_зо, называемом напряже­нием отсечки, области p-n-переходов смыкаются по всей длине канала, сток и исток оказываются изолированными друг от друга, ток /_с равен нулю.

Если при U₃ = const увеличивать U_c, то ток через канал (I_С) возрастет (рис. 91 б). При этом увеличивается падение напряжения на канале, которое способствует уве­личению обратного напряжения на р-n-переходах, вызывая тем самым сужение канала. При некотором U_c = U_нac, на­зываемом напряжением насыщения, канал настолько су­жается, что дальнейшее увеличение U_c не увеличивает /_с.

Полевые транзисторы с изолированным затвором или МДП-транзисторы находят более широкое примене­ние, так как имеют более простую конструкцию и облада­ют лучшими электрическими свойствами.

У МДП-транзисторов (металл - диэлектрик - по­лупроводник) между полупроводниковым каналом и ме­таллическим затвором расположен изолирующий слой ди­электрика.

Рис. 91. Вольт-амперные характеристики полевого транзистора

с затвором в виде р-п-перехода: а) стоково-затворная (передаточная); б) стоковая

Принцип работы МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника под воздействием поперечного электри­ческого поля. Они управляются напряжением и имеют чрезвычайно большое входное сопротивление и в отличие от полевых транзисторов с затвором в виде р-n-перехода сохраняют его большим независимо от величины и поляр­ности входного напряжения. Применяются две конструк­ции МДП-транзисторов: со встроенным каналом и с инду­цированным каналом.

У МДП-транзисторов со встроенным каналом в по­лупроводниковой пластине (подложке), например, n-типа, в процессе изготовления в приповерхностном слое созда­ются области, например р-типа, образующие электроды стока (С) и истока (И) (рис. 92 а). Перемычка между С и И с проводимостью р-типа является каналом для протекания тока стока 1_С даже при отсутствии управляющего напряже­ния Uз = 0 на затворе.

При подаче положительного напряжения на затвор электрическое поле выталкивает основные носители (дыр­ки) из канала, его сопротивление растет, а /_с падает.

Рис. 92. МДП-транзистор со встроенным каналом: