ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ.
Добавление определенных примесей к чистому полупроводниковому материалу приводит к увеличению свободных носителей зарядов и, следовательно, к снижению его удельного сопротивления. Например, при более высоком уровне легирования образца полупроводникового материала типа п он имеет большее количество свободных электронов и более низкое сопротивление. Полупроводниковый материал типа п+ более сильно легирован примесями по сравнению с материалом типа п и имеет меньшее удельное сопротивление. С другой стороны, если количество свободных электронов уменьшить, то удельное сопротивление полупроводника возрастет. Полевой транзистор в его простейшем виде с учетом сказанного можно рассматривать как переменное сопротивление.
Имеется два типа полевых транзисторов: полевой транзистор с затвором на р-п переходе и полевой транзистор с изолированным затвором. Последний иногда называют транзистором типа металл-окисел-полупроводник (МОП) или металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Транзисторы обоих типов работают на одном и том же принципе: управление током осуществляется электрическим полем, которое изменяет сопротивление между входными и выходными зажимами транзистора. Однако эти транзисторы обладают разными характеристиками.
Полевой транзистор с затвором на р-п переходе. Транзистор с управляющим р-п переходом изготовляется из кристалла кремния типа п, на котором с двух противоположных сторон размещены области типа р, выполненные методом диффузии. Полевой транзистор с каналом п показан на рис. 2-37, а. В подобном устройстве образуется канал типа п между входным зажимом — истоком и выходным зажимом — стоком. Этот канал расположен между двумя областями р, образующими управляющий электрод или затвор. Если на затвор подать отрицательный потенциал относительно подложки типа п (рис. 2-37, б), то переходы окажутся смещенными в обратном направлении и в них, как и в любом р-п переходе, образуются обедненные слои. При увеличении отрицательного напряжения смещения обедненные слои расширяются в глубь канала и в конце концов могут сомкнуться между собой. В этом случае сопротивление между истоком и стоком будет бесконечно большим. На рис. 2-37, в затвор соединен с истоком, а источник напряжения присоединен таким образом, что сток относительно затвора имеет положительный потенциал. Переходы в этом случае также смещены в обратном направлении, но благодаря градиенту напряжения между стоком и истоком и резистивной природе подложки одна сторона оказывается смещенной в большей степени, чем другая, и, следовательно, обедненный слой с этой стороны будет иметь большую толщину. Повышение напряжения между стоком и истоком £/си сначала вызывает увеличение тока стока /с и одновременное повышение градиента потенциала. В результате обедненный слой расширяется, сопротивление между стоком и истоком возрастает и появляется тенденция к ограничению тока. В конце концов повышение напряжения UСи не вызывает больше увеличения тока Iд. Напряжение между стоком и истоком, при котором начинается ограничение тока, называют напряжением насыщения Uсивас*
Рис. 2-37. Схематическое устройство полевого транзистора с управляющим р-п переходом и каналом типа п.
Характеристики, описывающие зависимость Iс от иСи, приведены на рис. 2-38. В качестве параметра здесь используется напряжение между затвором и истоком UЗИ. При увеличении напряжения на затворе ограничение начинается при более малых токах Ic, так как два эффекта, вызывающие расширение обедненного слоя, являются аддитивными. В области насыщения каждая из кривых Iс остается приблизительно на постоянном уровне с увеличением Ucи до тех пор, пока не наступит лавинный пробой, при котором ток Iс резко возрастает. Если сравнить характеристики полевого транзистора и пентода, то можно заметить их идентичность. Такое сравнение показывает, что затвор играет роль управляющей сетки, а исток и сток выполняют функции катода и анода соответственно. Дополнительная аналогия между полевым транзистором и пентодом заключается в том, что оба эти прибора имеют большое входное сопротивление по сравнению с биполярным транзистором, который характеризуется небольшим входным сопротивлением. Соответственно имеется сходство и в методах расчета схем.
|
|
Рис. 2-38. Характеристики полевого транзистора с управляющим р-п переходом и каналом типа п.
На рис. 2-37 схематически показано устройство полевого транзистора с затвором на р-п переходе. На практике этот полупроводниковый прибор изготовляется методом эпитаксиальной планарной технологии, при которой операция диффузии выполняется только с одной стороны. Устройство планарно-эпитаксиального полевого транзистора показано на рис. 2-39. Исходным материалом для изготовления транзистора служит сравнительно толстая подложка типа р с малым удельным сопротивлением, на которой наращивается тонкий эпитаксиальный слой кремния типа п (рис. 2-39, а). Далее путем нагревания подложки до определенной температуры поверхность эпитаксиального слоя покрывается защитной пленкой двуокиси кремния. Фоторезистивным методом в пленке двуокиси в соответствующих местах проделываются отверстия и затем сквозь эти отверстия осуществляется диффузия материала типа р с целью формирования области затвора, как это показано на рис. 2-39, б. Следующими этапами являются процесс второго оксидирования, процесс травления и изготовление необходимых внешних выводов (рис. 2-39, в). На приведенных рисунках схематично^ показано поперечное сечение, а на рис. 2-40 представлен общий вид без слоя двуокиси кремния и без внешних выводов.
|
|
Рис. 2-39. Три этапа изготовления эпитаксиально-планарного полевого транзистора с каналом типа п.
Заметим, что если все области типа р и п поменять между собой местами, то получится полевой транзистор с каналом типа р
.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
