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 U_СИ  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 U_СИ. Так как изменение напряжения стока при насыщении мало влияют на ток стока, то характеристики прямой передачи слабо зависят от U_СИ. По этим  характеристикам определяют один из основных параметров полевого транзистора – крутизну S.

S = ΔI_C  /ΔU_ЗИ    при U_СИ =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  U_С и U_ЗИ = 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 U_СИ  ток стока растет почти линейно. При увеличении напряжения U_СИ  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 U_СИ>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 U_{ЗИ 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.