Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда, протекающим через проводящий канал и управляемым электрическим полем. Т.к. в создании электрического тока участвуют только основные носители заряда, то полевые транзисторы иначе называют униполярными транзисторами.
Полевые транзисторы разделяют на два вида: полевые транзисторы с управляющим p–n- переходом ; полевые транзисторы с изолированным затвором.
Полевой транзистор с управляющим p–n-переходом – это полевой транзистор, управление током в котором происходит с помощью p-n- перехода, смещенного в обратном направлении.
Полевой транзистор представляет собой монокристалл полупроводника n -типа (или р -типа) проводимости; по его торцам методом напыления сформированы электроды, а посередине, с двух сторон, созданы две области противоположного типа проводимости и с электрическими выводами от этих областей. На границе раздела областей с различным типом проводимости возникнет р–n -переход.
Электрические выводы от торцевых поверхностей полупроводника называют истоком (И) и стоком (С), а вывод от боковой поверхности противоположного типа проводимости - затвором (З).
Источник U зи смещает р–n- переход в обратном направлении. Под действием напряжения источника U си между торцевыми поверхностями полупроводника течет ток основных носителей заряда. Образуется токопроводящий канал.
Площадь поперечного сечения канала и его сопротивление зависит от ширины p–n- перехода. При увеличении напряжения источника U зи ширина p–n- перехода возрастает, а поперечное сечение канала уменьшается.
Напряжение на затворе, при котором p–n- переход полностью перекроет канал, и ток стока I с прекращается, называют напряжением отсечки.
Таким образом, в цепи мощного источника U си протекает ток стока I с, величина которого зависит от величины управляющего сигнала – напряжения источника U зи и повторяет все изменения этого сигнала.
Условные обозначения полевого транзистора, имеющего канал n -типа (а) и р -типа (б).
1. Управляющие ( стокозатворные ) характеристики. Эти характеристики показывают управляющее действие затвора:
2. Выходные ( стоковые ) характеристики.
С увеличением U С ток сначала растет довольно быстро, но затем его рост замедляется и наступает насыщение. Это объясняется тем, что с ростом U С возрастает обратное напряжение на p–n- переходе и увеличивается ширина запирающего слоя (в области стока), а ширина канала соответственно уменьшается. Это приводит к увеличению его сопротивления и уменьшению тока I С. Таким образом, происходит два взаимно противоположных влияния на ток, в результате чего он остается почти неизменным.
Чем больше запирающее напряжение подается на затвор, тем ниже идет выходная характеристика. Повышение напряжения стока может привести к электрическому пробою p–n- перехода, и ток стока начинает лавинообразно нарастать. Напряжение пробоя является одним из предельных параметров полевого транзистора.
1. Крутизна характеристики: Крутизна характеризует управляющее действие затвора. Этот параметр определяют по управляющим характеристикам.
2. Внутреннее ( выходное ) сопротивление R i : Этот параметр представляет собой сопротивление транзистора между стоком и истоком (сопротивление канала) для переменного тока. На пологих участках выходных характеристик Ri достигает сотен кОм.
3. Коэффициент усиления μ : Эти три параметра ( μ, S, R i ) связаны между собой зависимостью:
Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор, имеющий один или несколько затворов, электрически изолированных от проводящего канала.
Полевые транзисторы с изолированным затвором бывают двух типов: со встроенным (собственным) каналом ; с индуцированным (инверсионным) каналом.
Структура в обоих типах полевых транзисторов с изолированным затвором одинакова: металл – диэлектрик – полупроводник. Такие транзисторы еще называют МДП-транзисторами (металл – диэлектрик –полупроводник).
В нем созданы две области с электропроводностью противоположного типа ( n + -типа), которые соединены между собой тонким приповерхностным слоем этого же типа проводимости. От этих двух зон сформированы электрические выводы, которые называют истоком и стоком. Представляет собой монокристалл кремния n - или p -типа.
На поверхности канала имеется слой диэлектрика (обычно диоксида кремния SiO 2 ) толщиной порядка 0,1 мкм, а на нем методом напыления наносится тонкая металлическая пленка, от которой также делается электрический вывод – затвор. Иногда от основания (называемого подложкой (П)) также делается вывод, который накоротко соединяют с истоком.
Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n -типа
Условные графические обозначения МДП-транзистора со встроенным каналом n- типа (а) и р-типа (б).
От предыдущего транзистора он отличается тем, что у него нет встроенного канала между областями истока и стока.
При отсутствии напряжения на затворе ток между истоком и стоком не потечет ни при какой полярности напряжения, так как один из p–n- переходов будет обязательно заперт.
Если подать на затвор напряжение положительной полярности относительно истока, то под действием возникающего электрического поля электроны из подложки будут перемещаться в приповерхностную область к затвору.
При увеличении напряжения на затворе в приповерхностном слое концентрация электронов превысит концентрацию дырок в этой области и здесь произойдет инверсия типа электропроводности, т.е. образуется тонкий канал n- типа и в цепи стока появится ток. Чем больше положительное напряжение на затворе, тем больше проводимость канала и больше ток стока.
Статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n -типа
