Лабораторная работа № 8.
Полевые транзисторы.
1. Основное отличие от биполярных транзисторов
Первоначальное название полевых транзисторов - униполярные транзисторы - было связано с тем, что в таких транзисторах используется основные носители только одного типа (электроны или дырки).
2. Основные процессы в полевых транзисторах
Процессы инжекции и диффузии в таких транзисторах практически отсутствуют, во всяком случае, они не играют принципиальной роли. Основным способом движения носителей является дрейф в электрическом поле.
3. Способы управления током
Для того чтобы управлять током в полупроводнике при постоянном электрическом поле, нужно изменять удельную проводимость полупроводникового слоя или его площадь. На практике используются оба способа и основаны они на эффекте поля (управление напряжением на затворе). Поэтому униполярные транзисторы обычно называют полевыми транзисторами.
4. Приповерхностные и объемные каналы
Проводящий слой, по которому протекает ток, называют каналом. Отсюда еще одно название такого класса транзисторов - канальные транзисторы.
Каналы могут быть приповерхностными и объемными.
Приповерхностные каналы представляют собой либо обогащенные слои, обусловленные наличием донорных примесей в диэлектрике, либо инверсионные слои, образующиеся под действием внешнего поля.
Объемные каналы представляют собой участки однородного полупроводника, отделенные от поверхности обедненным слоем.
5. Полевые транзисторы с р–n переходом
Транзисторы с объемным каналом отличаются тем, что обедненный слой создается с помощью р-n перехода. Поэтому их часто называют полевыми транзисторами с р–n переходом или просто полевые транзисторы. Транзисторы такого типа впервые описаны Шокли.
6. Транзисторы с n-каналом и р-каналом
Существуют транзисторы с n-каналом и р-каналом, они показаны на рис. 1.а и 1.б соответственно, где
1 - затвор (gate) -управляющий электрод;
2- исток (source) - электрод, от которого начинают движение основные носители (в первом типе — электроны, во втором — дырки);
3 - сток (drain) - электрод, принимающий эти носители.
Рис. 1. Полевые n-канальные (a) и р-канальные (б) транзисторы с управляющим р-n - переходом
7. Схемы включения
По аналогии с биполярными транзисторами различают три схемы включения полевых транзисторов:
· с общим затвором (ОЗ);
· с общим истоком (ОИ);
· с общим стоком (ОС).
8. Схема для исследования ВАХ транзистора
Для исследования семейства выходных ВАХ полевого транзистора в схеме с ОИ используется схема, приведенная на рис. 2. Она содержит источник напряжения затвор-исток Ug, исследуемый транзистор VT, источник питания Ucc, вольтметр Ud для контроля напряжения сток-исток и амперметр Id для измерения тока стока.
 |
р-n– переходом
Выходная ВАХ снимается при фиксированных значениях Ug путем изменения напряжения Ud и измерения тока стока Id. Напряжение Ug, при котором ток Id имеет близкое к нулю значение, называется напряжением отсечки.
Располагая характеристиками Id=f(Ud), можно определить крутизну S=dId/dUg, являющейся одной из важнейших характеристик полевого транзистора как усилительного прибора.
9. МДП-транзисторы
Другой тип полевых транзисторов - транзисторы с приповерхностным каналом и структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-транзисторы). В частном случае, если диэлектриком является окисел (двуокись кремния), используется название МОП-транзисторы.
МДП-транзисторы бывают двух типов: транзисторы со встроенным и с индуцированным каналами (в последнем случае канал наводится под действием напряжения, приложенного к управляющим электродам).
10. Режимы работы МДП-транзисторов
Транзисторы со встроенными каналами могут работать как в режиме обеднения канала носителями заряда, так и в режиме обогащения.
Транзисторы с индуцированными каналами можно использовать только в режиме обогащения.
11. Дополнительный вывод от подложки
В отличие от транзисторов с управляющим р-n – переходом, металлический затвор МДП-транзисторов изолирован от полупроводника слоем диэлектрика, и имеется дополнительный вывод от кристалла, называемый подложкой, на которой выполнен прибор.
12. Принцип действия МДП-транзисторов
Управляющее напряжение подается между затвором и подложкой. Под влиянием образующегося электрического поля у поверхности полупроводника создается р-канал за счет отталкивания электронов от поверхности вглубь полупроводника (в транзисторе с индуцированным каналом). В транзисторе со встроенным каналом происходит расширение или сужение имеющегося канала. Под действием управляющего напряжения изменяется ширина канала и, соответственно, сопротивление и ток транзистора.
13. Пороговое напряжение
Напряжение на затворе, при котором индуцируется канал, называется пороговым напряжением. При практическом определении этого напряжения обычно задается определенный ток стока, при котором потенциал затвора достигает порогового напряжения (0,2...1 В для транзисторов с n-каналом и 2...4 В с р-каналом).
14. Изоляция рабочих областей МДП-транзисторов от подложки
По мере удаления от поверхности полупроводника концентрация индуцированных дырок уменьшается. На расстоянии, приблизительно равном половине толщины канала, электропроводность становится собственной (беспримесной). Далее располагается участок, обедненный основными носителями заряда, в котором существует область положительно заряженных ионов донорной примеси. Наличие обедненного участка обусловлено также отталкиванием основных носителей заряда от поверхности вглубь полупроводника.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
