|
В отличие от биполярных транзисторов управление выходным током осуществляется не входным током, а электрическим полем, создаваемым входным напряжением.
Устройство одного из типов полевых транзисторов показано на рисунке.
Его основу составляет полупроводник n-типа, с противоположной стороны которого методом диффузии образована область р-типа. На границе р- и n-областей образуется p-n-переход, обладающий большим сопротивлением. Слой полупроводника n-типа, лежащий справа от p-n-перехода, называется каналом. Если между р- и n-областями включить источник напряжения Uзи, то p-n-переход окажется включенным в обратном направлении и его толщина увеличится, что приведет к уменьшению толщины канала. Но чем тоньше канал, тем меньше его поперечное сечение и тем больше сопротивление. Значит, изменяя обратное напряжение между р- и n-областями, можно управлять сопротивлением канала. Поэтому р-область называют управляющим электродом, или затвором полевого транзистора.
Если к каналу подключить второй источник напряжения Uси, то через канал потечет ток, созданный движением электронов от нижней к верхней части n-области. Участок n-области, от которого начинают движение основные носители заряда, называют истоком, а участок этой области, к которому они движутся,— стоком.
Ток, протекающий через канал полевого транзистора, зависит от его сопротивления, которое, в свою очередь, определяется толщиной канала. Следовательно, при изменении напряжения затвора Uзи изменяется и ток, протекающий через канал.
Транзистор, структура которого представлена на рисунке, называется полевым транзистором с управляющим p-n-переходом и каналом n-типа. Если в качестве исходного материала взять полупроводник p-типа, получим полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом р-типа. У такого транзистора затвор будет образован n-областью, а полярности источников питания Uзи и Uси должны быть противоположны.
Основными характеристиками полевого транзистора с управляющим р-n-переходом являются сток-затворные и стоковые (или выходные) характеристики.
При некотором напряжении затвора канал полностью перекрывается, и ток, протекающий через него, становится близким к нулю. Это напряжение затвора называют напряжением отсечки Uзи.отс.
Кроме полевого транзистора с управляющим р-n-переходом (их еще называют полевыми транзисторами с р-n-затвором) имеются полевые транзисторы с изолированным затвором. Области истока, стока и канала у них создаются в объеме полупроводника, а затвор выполняется в виде тонкой металлической пленки, расположенной на поверхности полупроводника и отделенной от него диэлектрической пленкой. Таким образом, полевой транзистор с изолированным затвором имеют структуру металл — диэлектрик — полупроводник, и их называют МДП-транзисторами. В качестве диэлектрической пленки часто используется пленка из оксида кремния, полученная при окислении поверхности полупроводника. Такие транзисторы называют также МОП-транзисторами.
МДП-, или МОП-транзисторы могут быть с индуцированным и со встроенным каналами.
Структура МДП-транзистора с индуцированным каналом показана на рисунке.
В нем р-области стока и истока отделены друг от друга n-областью подложки и образуют с ней два встречно включенных р-n-перехода. Поэтому независимо от полярности напряжения Uси один из p-n-переходов всегда оказывается закрытым, т. е. смещенным в обратном направлении, и ток в цепи сток — исток практически равен нулю. Для того чтобы в этой цепи стал протекать ток, необходимо на затвор подать отрицательное напряжение. Под действием электрического поля, возникшего в подложке у поверхности под затвором, свободные электроны начинают двигаться в глубь подложки. При некотором значении отрицательного напряжения Uзи у поверхности подложки дырок будет больше, чем оставшихся электронов. Произойдет инверсия типа электропроводности приповерхностного слоя под затвором, т. е. в приповерхностном слое образуется область с электропроводностью p-типа, называемая каналом, соединяющая сток и исток. Толщина канала зависит от величины напряжения Uзи.Изменяя Uзи, приложенное к затвору, можно регулировать толщину канала, т. е. сопротивление участка между стоком и истоком, и ток в цепи источника Uси .
Сток-затворные и стоковые характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом р-типа даны на рисунке.
Напряжение затвора, при котором возникает инверсия электропроводности в приповерхностном слое подложки (появляется канал между стоком и истоком), называют пороговым Uзи.пор.. Стоковые (выходные) характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом существуют только при Uзи.> Uзи.пор .
МДП-транзистор со встроенным каналом в отличие от МДП-транзистора с индуцированным каналом имеет тонкий канал, соединяющий области стока и истока при (Uзи = 0). Подавая на затвор напряжение той или иной полярности, можно увеличивать или уменьшать толщину
этого канала, регулируя тем самым силу тока, протекающего через канал (ток стока). Сток-затворные и стоковые (выходные) характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа приведены на рисунке.
Усилительные свойства полевого транзистора зависят от его малосигнальных параметров, к которым относятся:
крутизна S, определяемая как отношение изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при постоянном напряжении сток — исток (в мА/В):
внутреннее (дифференциальное) сопротивление переменному току, определяемое как отношение изменения напряжения сток — исток к изменению тока стока при постоянном напряжении затвора (в Ом):
статический коэффициент усиления, рассчитываемый по формуле: μ= Sri
Условно графические обозначения полевых транзисторов приведенны на рисунке:
|
