Физические основы работы полупроводниковых приборов, страница 17

Статические характеристики полевого транзистора с управляющим р-n-переходом

Рисунок 3.10.

При некотором напряжении стока сужение канала приближается к его перекрытию. Наступает состояние, когда резко возрастает сопротивление канала, приводящее к прекращению роста тока стока I_с (наступает режим насыщения тока стока). Полное перекрытие канала получить нельзя, так как само сужение является следствием увеличения тока стока.

Напряжение на стоке, при котором наступает насыщение, называется напряжением насыщения U_{си нас}, а ток I_{c нас} начальным током стока. Если напряжение на затворе U_зи, смещающее переход в обратном направлении, увеличить |U_зи| > 0, то наступает расширение р-n-перехода, канал сузится, его сопротивление возрастет и статические характеристики сместятся в область меньших токов стока. При большем смещении на затворе будет меньше исходное сечение канала, поэтому переход к режиму насыщения в этих характеристиках наступает при меньшем напряжении стока. Напряжение между затвором и истоком, при котором ток стока достигает заданного низкого значения, называют напряжением отсечки полевого транзистора U_{зи отс}, а ток стока – остаточным током стока.

Если напряжение стока увеличить свыше напряжения насыщения U_си>U_{си нас}, то возрастает длина перекрытой части канала (происходит модуляция канала), что вызовет небольшой рост тока I_с в области насыщения. При дальнейшем увеличении напряжения на стоке возможен лавинный пробой управляющего р-n-перехода в цепи сток - затвор.

Основным рабочим режимом полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом является область насыщения тока стока, которая соответствует пологим участкам выходных статических характеристик. В области начальных линейных участков выходных характеристик полевые  транзисторы могут быть  использованы как сопротивления, управляемые напряжением.         

Характеристики прямой передачи (стоко-затворные характеристики) выражают зависимость тока стока I_c от напряжения на затворе U_зи, т.е. I_c=φ(U_зи) при U_си=const (рис.3.10б). Их можно построить из семейства выходных характеристик при заданных значениях U_си.

С увеличением абсолютного значения | U_зи|>0 ток насыщения стока уменьшается и при напряжении U_{зи отс} ток стока практически равен нулю. Изменение напряжения стока при насыщении незначительно влияет на ток стока, поэтому характеристики прямой передачи слабо зависят от U_си.

Сопоставление параметров полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом приведены в Приложении 10.

3.5. Полевые транзисторы с индуцированными каналами.

Структура транзистора с индуцированным каналом представляет собой полупроводник (например р-типа),называемый подложкой, в которой созданы две сильно легированные n⁺-области с нанесенными на них металлическими электродами – стоком и истоком (рис.3.11.).

Структура полевого транзистора с индуцированным n-каналом.

Рисунок 3.11.

 Поверхность подложки покрыта слоем диэлектрика. На поверхность диэлектрика нанесена тонкая металлическая пленка (обычно из алюминия), которая служит затвором. В результате получается структура:  металл – диэлектрик – полупроводник, т.е. МДП-структура. Можно представить структуру полевого транзистора как металл – оксид – полупроводник (МОП – структура), поскольку слой диэлектрика получается путем окисления поверхности подложки. Поэтому транзисторы с индуцированными каналоми называют МДП-транзисторами или  МОП – транзисторами.

 Естественно, что подложка может  иметь электропроводность  и  n-типа. В этом случае сильнолегированные области стока и истока, а также канал имеют электропроводность р-типа.

Алюминиевый затвор и р-полупроводник (подложка) можно рассматривать как плоский конденсатор с оксидным диэлектриком. Если на затвор подать положительное напряжение U_зи, то положительный заряд затвора будет притягивать электроны из глубины р-области и создавать в поверхностном слое кристалла соответствующий отрицательный заряд. Индуцированный заряд превращает поверхностный слой кристалла (между истоком и стоком) в проводящий n-канал. Исток и сток окажутся соединенными токопроводящим каналом. При включении транзистора в схему с общим истоком на сток подается напряжение положительной полярности U_си и в индуцированном  n-канале будет протекать ток.