Полевые транзисторы. Полевой транзистор с затвором на р-п переходе. Полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом, страница 2

Полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом. Исходным материалом для изготовления МОП-транзистора с индуцированным каналом служит подложка типа р с высоким удельным сопротивлением. В подложке методом диффузии формируются две области типа п с малым удельным сопротивлением, которые представляют собой исток и сток транзистора. Затем все устройство покрывают слоем двуокиси кремния, в котором фоторезистивным методом с последующим травлением проделываются окна над областями стока и истока. Далее путем металлизации выполняются внешние контакты стока и истока. Одновременно с изготовлением контактов осаждается слой металла и на окиси кремния, покрывающей область канала. Этот металлический слой является затвором, который изолирован от канала пленкой двуокиси кремния. Окончательное устройство транзистора представлено на рис. 2-41, а. Заметим, что при отсутствии напряжения на затворе сопротивлением между истоком и стоком является сопротивление двух р-п переходов, включенных в противоположных направлениях. Обратим также внимание на то, что металлический затвор и область канала из кремния, разделенные изолирующим слоем двуокиси кремния, образуют конденсатор.

Действие транзистора иллюстрируется рис. 2-41, б и заключается в следующем. Электрическое поле, создаваемое положительным потенциалом затвора, индуцирует соответствующий отрицательный заряд в полупроводниковом материале, который служит второй пластиной конденсатора. При возрастании положительного напряжения, приложенного к затвору, в части полупроводниковой подложки типа р между истоком и стоком образуется инверсионный слой с электронной проводимостью — канал п. Через этот индуцированный канал типа п может протекать ток от истока к стоку. Чем больше напряжение на затворе, тем больше поперечное сечение индуцированного канала и, следовательно, больший ток протекает между истоком и стоком. Иначе говоря, током стока можно управлять путем изменения потенциалов на затворе. Как и в предыдущем случае, если в каждой из областей поменять тип полупроводника на противоположный, то получим полевой транзистор с изолированным затвором и каналом р.

Рис. 2-41. Устройство полевого транзистора с изолированным затвором с индуцированным каналом

Рис. 2-42. Полевой транзистор с изолированным затвором со встроенным каналом.

Полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом. Структуру МОП-транзистора, показанную на рис. 2-41, а, можно модифицировать, добавив канал типа га, выполненный методом диффузии, в область между истоком и стоком, как показано на рис. 2-42, а. При подаче на затвор отрицательного потенциала в канале индуцируются положительные заряды и формируется обедненный слой, который увеличивает удельное сопротивление канала. Этот процесс иллюстрирует рис. 2-42, б. В таком состоянии характеристики транзистора аналогичны характеристикам полевого транзистора с управляющим р-п переходом, т. е. при большем отрицательном потенциале на затворе между истоком и стоком протекает ток /_с меньшей величины. Однако при подаче на затвор положительного напряжения транзистор со встроенным каналом будет вести себя по-другому. В случае транзистора с управляющим р-п переходом и каналом типа п при подаче положительного напряжения на затвор р-п переход оказывается смещенным в прямом направлении, обедненный слой исчезает и исключается возможность управления током стока.

Рис. 2-43. Характеристики полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом. В области / транзистор работает в режиме с индуцированным каналом, а в области II — в режиме со встроенным каналом.

Рис. 2-44. Условные обозначения полевых транзисторов.

а и б — с управляющим р-п переходом;

виг— с изолированным затвором и встроенным каналом;

в и е — с изолированным затвором и индуцированным каналом.

(Стрелка, направленная внутрь₍ обозначает транзистор с каналом типа  п, а наружу — с каналом типа р).

Если же на затвор транзистора со встроенным каналом типа п подать положительный потенциал, то индуцированные отрицательные заряды в канале приведут к снижению удельного сопротивления канала, и прибор станет работать как МОП-транзистор с индуцированным каналом (рис. 2-43).

Классификация и условные обозначения полевых транзисторов. Полевой транзистор с управляющим р-п переходом является прибором со встроенным каналом и, следовательно, при отсутствии напряжения на затворе он открыт. Если подать положительное напряжение на затвор транзистора с каналом р или отрицательное напряжение на затвор транзистора с каналом п, то это вызовет уменьшение тока стока. При повышении напряжения указанной полярности транзистор в конце концов закроется.

Рис. 2-45. Характеристики полевых транзисторов с изолированным затвором.

Существует четыре типа полевых транзисторов с изолированным затвором. Транзисторы со встроенным каналом типов п или р в нормальном состоянии открыты. Чтобы перевести их в закрытое состояние, необходимо приложить некоторое напряжение к затвору. С другой стороны, полевые транзисторы с индуцированным каналом типа р или п нормально находятся в закрытом состоянии. Для включения транзистора с каналом р необходимо подать на его затвор отрицательный потенциал, а для включения транзистора с каналом п на затвор требуется подать положительный потенциал.

Условные обозначения различных типов полевых транзисторов приведены на рис. 2-44. На четырех из них показан вывод 3₂. Этот вывод соединен с подложкой транзистора и некоторыми фирмами выполняется как внешний. Однако большинство современных полевых транзисторов имеют внутреннее соединение подложки с истоком. Из четырех типов полевых транзисторов с изолированным затвором широкое применение находят только два: с индуцированным каналом типа р и со встроенным каналом типа п. Типовые характеристики этих транзисторов приведены на рис. 2-45, а и б соответственно.