Изучение полевых транзисторов: Методические указания к лабораторной работе по дисциплинах «Электроника» и «Электронные приборы», страница 2

      С ростом  напряжения на затворе канал может быть полностью перекрыт, а напряжение на затворе, при котором ток стока прекращается, называется напряжением отсечки. При больших напряжениях UСИ  наступает пробой р-n-перехода. Пологие участки ВГ выходных характеристик  используют при работе транзистора в качестве усилителя, а крутую область АВ – как переменное сопротивление, управляемое напряжением.

      Характеристики прямой передачи (рис.2б) можно получить из семейства выходных характеристик при заданных значениях UСИ. Так как изменение напряжения стока при насыщении мало влияют на ток стока, то характеристики прямой передачи слабо зависят от UСИ. По этим  характеристикам определяют один из основных параметров полевого транзистора – крутизну S.

S = ΔI/ΔUЗИ    при UСИ =const.

Б) Транзисторы с изолированным затвором.

 Различают полевые транзисторы с индуцированным и встроенным каналом.

На рис.3 представлена структура транзистора с индуцированным каналом. Основой такого транзистора служит пластина слаболегированного р-кремния, которую называют подложкой. В ней сформированы две сильнолегированные  n – области: исток и сток, которые расположены на близком расстоянии друг от друга (5 – 10 мкм). Металлический затвор, часто алюминиевый, изолирован от полупроводникового кристалла тонким слоем диэлектрика. Подложку чаще всего соединяют с истоком.

   Если напряжения на всех электродах равны нулю, на границе между диэлектриком и поверхностью полупроводника возникает двойной слой электрических зарядов, обусловленный поляризацией диэлектрика.    Электроны из диэлектрика переходят в полупроводник и образуют  на границе  с ним положительный заряд ионов. На поверхности полупроводника концентрируются электроны, но плотность их невелика. При увеличении напряжения  UС и UЗИ = 0 ток между истоком и  стоком ничтожно мал, так как напряжение исток – подложка равно нулю, а переход сток – подложка включен в обратном направлении. Если на затвор подать отрицательное напряжение, то  поверхностный слой подложки обогатится  ее основными носителями – дырками и ток не изменится. При подаче на затвор положительного напряжения между ним и подложкой возникает электрическое поле, отталкивающее дырки от поверхности в глубь р-полупроводника. В результате на поверхности  полупроводника образуется тонкий слой  с инверсной проводимостью типа n, что приводит к формированию канала между истоком и стоком. Такой канал, образованный под действием  внешнего электрического поля, называется индуцированным, а напряжение, при котором он образуется, называется пороговым. Изменяя напряжение на затворе, можно регулировать концентрацию электронов в канале, управляя его проводимостью.

    На рис.4а представлено семейство  статических выходных характеристик транзистора с индуцированным каналом, а на рис. 4б – характеристика прямой передачи.

    При малых напряжениях UСИ  ток стока растет почти линейно. При увеличении напряжения UСИ  уменьшается разность потенциалов между стоком и затвором, так как к ним приложено напряжение одинаковой полярности, а обратное напряжение на переходе сток – подложка увеличивается, что приводит к увеличению ширины перехода и сужению канала. Вследствие этих причин уменьшается число носителей, притягиваемых в канал, и  тока стока уменьшается.

      На рис.5 представлена структура транзистора со встроенным каналом. При изготовлении этих транзисторов проводящий канал формируют в виде тонкого слаболегированного n- или р-слоя, соединяющего области  истока и стока той же проводимости.

    В таком транзисторе с каналом n-типа при отсутствии напряжения на затворе и UСИ>0 между истоком и стоком протекает ток, определяемый проводимостью канала.

  При  подаче на затвор положительного потенциала поле, действующее между затвором и подложкой втягивает электроны в канал, обогащая его основными носителями заряда, проводимость канала возрастает (режим обогащения). При подаче на затвор  отрицательного потенциала, электроны удаляются из области канала в подложку (режим обеднения), проводимость канала уменьшается. При некотором пороговом напряжении UЗИ пор. область канала изменяет свою электропроводность с электронной на дырочную и ток стока прекращается.

 Таким образом, в отличие от полевых транзисторов с индуцированным каналом этот прибор может работать при положительных и отрицательных напряжениях. Все остальные процессы в нем аналогичны процессам в транзисторе с индуцированным каналом. Статические выходные характеристики и характеристика прямой передачи для транзистора со встроенным каналом n-типа представлена на рис.6а и 6б.