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 Iс (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 Uси нас, а ток Ic нас начальным током стока. Если напряжение на затворе Uзи, смещающее переход в обратном направлении, увеличить |Uзи| > 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 Uзи отс, а ток стока – остаточным током стока.

Если напряжение стока увеличить свыше напряжения насыщения Uси>Uси нас, то возрастает длина перекрытой части канала (происходит модуляция канала), что вызовет небольшой рост тока Iс 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 Ic от напряжения на затворе Uзи, т.е. Ic=φ(Uзи) при Uси=const (рис.3.10б). Их можно построить из семейства выходных характеристик при заданных значениях Uси.

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

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 Uзи, 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 Uси и в индуцированном  n-канале будет протекать ток.