Полевые транзисторы. Классификация полевых транзисторов (упрощенная). Статические ВАХ ПТ с управляющим р-n переходом

31.10.2009

Флеров А.Н.  курс “Физические основы микроэлектроники”

Для самостоятельного изучения

Часть 3

7. Полевые транзисторы

Полевые транзисторы (ПТ) в отличие от биполярных (БТ) управляются электрическим полем и поэтому имеют ряд специфических особенностей:

1    - высокое входное сопротивление;

2    - малое потребление энергии по цепи управления

3    - малый уровень шумов, т.к в полевых транзисторах в переносе заряда участвуют носители одного знака, что исключает появление рекомбинационного шума.

ПТ не заменяют БТ, а позволяют реализовать определенные схемные функции. ПТ нашли широкое применение и как дискретный элемент, а также широко используются в интегральных микросхемах (ИМС). Это объясняется относительной простотой изготовления ПТ ИМС, по сравнению с БТ, и малым потреблением энергии и высокой плотностью расположения элементов в ИМС.

7.1 Классификация полевых транзисторов (упрощенная)

                                                        ПТ

                                                                с изолированным

                                                                                                                                                                          затвором (МОП, МДП)

металл -п/п       с управляющим         встроенный  канал       индуцированный канал  

p-n переходом

р- канал                        n - канал                           р -канал                     n - канал             

7.2 ПТ с управляющим р-п-переходом

Простейший полевой транзистор с управляющим p-n-переходом представляет собой тонкую пластинку полупроводникового материала с одним р-п-переходом и невыпрямляющими контактами по краям.

ПТ содержит три полупроводниковые области одного и того же типа проводимости, называемые соответственно истоком, каналом и стоком, а также управляющий электрод - затвор.

В транзисторе используется движение носителей заряда одного знака (основных носителей), которые из истока через канал движутся в сток.

Этим объясняются названия: исток- область, из которой выходят носители заряда, и сток - область, в которую они входят.

К каждой из областей (стоку и истоку) присоединены соответствующие выводы (омический контакт).

Схематическое устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом представлено на рис.13, и представляет собой вертикальный n-канал с кольцевой p-областью – затвором (возможны и другие варианты структуры).

Рис.13

Образованный p-n переход при нормальном режиме работы транзистора должен быть обратносмещенным.

Действие прибора основано на зависимости толщины p-n-перехода в зависимости от приложенного к нему напряжения.

Источник U₃ создает отрицательное напряжение на затворе, что приводит к увеличению толщины перехода (области обедненной носителями заряда) и уменьшению сечения проводящего канала.

Т.к. p-n-переход находится в запертом состоянии и почти полностью лишен подвижных носителей заряда, его проводимость практически равна нулю.

Уменьшение напряжение на затворе (по абсолютной величине) приводит к уменьшению ширины перехода. Если подключить к каналу источник питания Uunмежду стоком и истоком, то через пластину полупроводника между невыпрямляющими контактами потечет ток.

С уменьшением или увеличением напряжения на затворе, соответственно изменяется ширина перехода. С изменением ширины перехода уменьшается или увеличивается сечение канала, при этом уменьшается или увеличивается сопротивление канала и вследствие этого изменяется величина тока стока 1_С.. В пластине полупроводника, в данном примере n-типа, образуется токопроводящий канал, сечение которого зависит от толщины р-n-перехода, а изменением напряжения на затворе U₃, можно управлять 1_С.

Носители в канале движутся от истока к стоку под действием продольного электрического поля (направленного вдоль канала), создаваемого напряжением меду стоком и истоком.

Электрическое поле, возникающее при приложении напряжения между затвором и истоком, направлено перпендикулярно движению носителей в канале и при этом говорят, что ток транзистора управляется поперечным электрическим полем.