Напівпровідникові прилади (Електропровідність напівпровідників. Електричний струм в напівпровідниках. Електронно-дірковий перехід та його властивості), страница 10

Якщо струм каналу відсутній (Е_d = 0), то при зміні напруги Е_З, яка являється зворотньою напругою для p-n переходу, буде змінюватися ширина p-n переходу за рахунок n-структури. В результаті ширина каналу з вільними n-носіями буде звужуватись, а його опір, відповідно, зростати. При протіканні струму через канал від джерела Е_d внаслідок високого опору напівпровідника на довжині каналу буде мати місце падіння напруги. Це приводитьь до того, що величина звортньої напруги, прикладаєма до верхньої частини p-n переходу буде більшою, ніж до нижньої. Відповідно в верхній частині ширина p-n переходу зросте, а каналу – зменшиться. Зростання струму каналу буде приводити до перекривання каналу в верхній частині p-n перходу, внаслідок чого величина струму буде знижуватись. Описана робота ілюструється вольт-амперними характеристиками транзистора, приведеними на рис. 1.30.

Вцілому всі характеристики розділяються на три характерні області. В перший області має місце висока залежність струму витоку І_d від напруги. Характеристики області І характерні для відкритого каналу. В області І транзистор працює  тоді, коли він використовується як регулюємий опір. В другій області має місце перекриття каналу в результаті  чого має місце внутрішня стабілізація струму каналу в широкому діапазоні робочих напруг.  Область ІІ використовується при використанні транзисторів в режимі підсилення. Характерною для цього режиму являється струмозатворна характеристика (рис. 1.31,а) для ви-значеної напруги U_ЗД, яка викорис-товується при визначенні параметрів схеми заміщення транзистора (рис.1.31,б). Крутизна характеристики S визначається по формулі:

S=.

Величина r_і визначається по вихідних характеристиках транзистора для конкретної робочої точки. Ємкості конденсаторів C_ЗД, С_ЗВ, С_ДВ вибираються з довідників, а при розгляді низькочастотного діапазону ігноруються. На рис.1.29,б, приведені умовні позначення транзистора з n (верхній) і р (нижній)   каналами.

Область III харак-теризується режимом пробою p-n переходу . 

Другою групою польових транзис-торів являються структури МДН-типу (МДН – метал-діе-лектрик-напівпровід-ник). Відповідно в англомовній терміно-логії MOS – metal-oxide-semiconductor). Структура такого транзистора приведена на рис.1.32,а. Базовим являється напівпровідник р-типу в верхній  частиині  якого  створено  області n-типу, з‘єднані між собою каналом. Напівпровідникові області закривають тонкою плівкою ізолюючого матеріалу і зверху над каналом напиляють  металеву плівку, яка приєднується до затвору З. Електрод Д n-структури, з‘єднаний з нижнім електродом – підложкою П, виконує функцію джерела.

Вигляд сімейства вихідних статичних характеристик  близький до зхарактеристик канального транзистора з p-n переходом. Як і в попередньому випадку в ньому виділяються три області, які відрізняються по крутизні характеристик і областях їх  використання. При постійній напрузі на затворі   фізичні явища в каналі транзистора подібні до описаних раніше. Потенціалом затвора можна звужувати або розширювати канал. Якщо на затвор по відношенню до підложки подається позитивний потенціал, то електрони р-структури переміщуються до затвору і тим самим розширюють канал. Такий режим називається режимом збагачення каналу.(рис.1.32,б) і він забезпечує збільшення струму витоку транзистора; при подачі на затвор від‘ємного потенціалу, навпа-ки, концентрація електронів в каналі зменшиться, що на-зивається режимом збіднення каналу. На рис. 1.32,в при-водяться струмозат-ворні характеристи-ки для різних типів каналів. Криві 1 і 2 являються характе-ристиками транзис-торів з вмонтова-ним каналом, відпо-відно n і p типів.  Криві 3 і 4 характе-ризують залеж-ність І_В(U_ДЗ) для транзисторів, в яких при відсут-ності напруги на затворі канал від-сутній і струм через транзистор не протікає (індуційований канал).

На рис.1.33. приводяться умовні зображення різних типів польових транзисторів. Зображення а,б,в характерні для транзисторів з вмонтованим каналом, а г,д,е – з індуційованим. Транзистори а,г мають канал n-типу; решта – р-типу.

Загальна характеристика транзисторів.

Транзистори за своєю різноманітністю являються найбільш масовим виробом електроної  промисловості. Незалежно від технологій їх виготовлення використовуються дві основні ознаки, за якими розрізняють транзистори - за діапазонами робочих частот і за допустимою потужністю, яка може виділятися в колекторному переході.

Допустима потужність P_К., виділяєма на колекторному переході, визначається добутком колекторної напруги, що прикладається до р-n переходу і струмом, який  протікає через нього.  В зв’язку з цим потужність Р_К. буде визначатися умовами відводу тепла з колекторного переходу. З цим пов’язана конструктивна особливість виготовлення транзисторів яка полягає в тому, що колекторний електрод у більшості транзисторів розміщується на їх корпусі. Тільки  останні роки, завдяки розвитку технологій, ефективне відведення тепла з колектора забезпечується і при його електричній ізоляції від колектора. За величиною допустимої потужності Р_К. вони поділяються на транзистори малої потужності Р_К < 0.3-0.4 Вт), середньої (до 1.5Вт) і великої (> 1.5Вт). Зі зростанням потужності транзисторів змінюється їх конструкція в напрямку підвищення ефективності відводу тепла. Транзистори середньої і великої потужності виготовляються так, щоб при значних навантаженнях можна було використовувати зовнішні тепловідводи (охолод-жувачі, радіатори). Незалежно від потужності для любого тран-зистора в довідниковій літературі наводиться максимально можли-ва потужність Р_МАХ, яка може виділятьсь на колекторному переході. На графіках вихідних ВАХ транзисторів вона пред-ставлена у вигляді кривої Р_КМД. (Рис.1.34.) До того ж в довід-никах приводяться такі парамет-ри, як U_КМД (максимально допу-стима напруга колекторного переходу) і I_КМД (максимально допустимий струм колектора), які обмежують можливий діапазон робочих параметрів транзистора. Величини U_КМД і I_КМД залежать від режиму роботи транзистора.