Полевые транзисторы. Состояние ЭЭС характеризуется параметрами режима и параметрами ЭЭС. Условные графические изображения полевых транзисторов с p-n переходом и каналами n- и p-типа с указанием полярности рабочих напряжений и положительных направлений токов

Полевые транзисторы – это полупроводниковые приборы, в которых управление током, протекающим между двумя электродами, осуществляется напряжением, приложенным к третьему электроду.

В полевом транзисторе носителями заряда являются носители только одного типа (дырки или электроны), поэтому такие приборы часто называют униполярными. Управление величиной тока осуществляется за счёт изменения удельной проводимости и площади полупроводникового слоя – канала – с помощью электрического поля. В зависимости от типа проводимости канала различают транзисторы с каналом n-типа и  транзисторы с каналом p-типа. Управляющий электрод изолируется от канала с помощью диэлектрика (окисла кремния) или с помощью обратно-смещённого p-n перехода. Конструктивное выполнение полевого транзистора с p-n переходом и каналом n-типа приведено на рис.1. Транзистор изготовлен на основе кристалла кремния n-типа проводимости. На торцах кристалла расположены электроды. Электрод, от которого начинается движение носителей (в канале n-типа – электроны), называется истоком, а электрод, к которому движутся носители – стоком. Для того, чтобы носители двигались от истока к стоку, на сток транзистора с n-каналом нужно подать положительное напряжение относительно истока. С боковых сторон кристалла путём легирования акцепторной примесью образованы области p-типа. Электрод, связанный с областями p-типа, называется затвором.

Между каналом n-типа и слоями p-типа образуются p-n переходы – области объёмных зарядов ионов примеси, обеднённые подвижными носителями заряда и обладающие поэтому низкой проводимостью.

Рис.1. Конструкция полевого транзистора с p-n переходом

Ширина канала определяется в соответствии с рис.1:

w=a-2l                                                                                                 (1)

где a – расстояние между слоями p-типа;

l – ширина p-n перехода.

Концентрация примеси в p-слое значительно (на несколько порядков) больше, чем в n-канале, поэтому p-n переход распространяется в n-слой и его ширина

                                                                    (2)

ширина проводящего слоя-канала

                                                                    (3)    

При увеличении отрицательного напряжения на затворе ширина канала уменьшается и при некотором напряжении становится равной нулю – обеднённые слои смыкаются между собой и проводящий канал перекрывается. Напряжение затвора, при котором канал перекрывается и проводимость канала близка к нулю (ток отсекается), называется напряжением отсечки  U_{зи отс}. Если к затвору приложить положительное напряжение относительно истока, то ширина p-n переходов уменьшается, а w и проводимость канала возрастают. Возможное положительное значение U_зи составляет 0,2 – 0,3В, т.к. при больших напряжениях открываются p-n переходы, резко увеличивается ток затвора. Для транзисторов с p-n переходом и каналом n-типа рабочие напряжения на затворе U_{зи отс}≤U_зи≤0, а для транзисторов с каналом p-типа U_{зи отс}>0 и 0≤U_зи≤U_{зи отс}.

Если приложить к стоку относительно истока положительное напряжение, то через канал начинает протекать ток за счёт движения электронов от истока к стоку. При постоянном напряжении на затворе потенциал канала относительно затвора становится более положительным. У истока напряжение на p-n переходе равно U_зи , а у стока U_зс=U_зи-U_си. Например, если U_зи=-1В, а U_си=+2В, то U_зс=-1В-2В=-3В. По мере приближения к стоку к p-n переходу прикладывается всё более отрицательное напряжение (обратное) и ширина l возрастает, а ширина

w=a-2l уменьшается. Канал перекрывается таким образом по двум причинам: под действием управляющего напряжения на затворе канал сужается по всей длине равномерно; под действием напряжения на стоке канал сужается по мере приближения к стоку. На рис.2 изображено сечение канала для различных U_зи и U_си. Из рисунков видно, что чем больше напряжение на затворе (по абсолютной величине), тем меньше начальная ширина и проводимость канала, и тем меньше напряжение U_си, при котором канал перекрывается. Если U_си≥|U_{зи отс}|, то канал перекроется у стока и при U_зи=0, когда ширина канала у истока максимальна.

График 1 на рис.2 соответствует высокой проводимости канала, а графики 2,3,4 – низкой проводимости (канал перекрыт). Перекрытие канала приводит к резкому возрастанию дифференциального сопротивления канала и слабой зависимости тока от приложенного к каналу напряжения U_си.

1. U_зи=0, U_си<|U_{зи отс}|.      3. U_зи<0, U_си=|U_{зи отс}-U_зи|

2. U_зи=0, U_си=|U_{зи отс}|.      4. U_зи<0, U_си>|U_{зи отс}-U_зи|

Рис.2. Смыкание высокоомных  слоёв и перекрытие канала

В таблице 2.1 приводятся условные графические изображения полевых транзисторов с p-n переходом и каналами n- и p-типа с указанием полярности рабочих напряжений и положительных направлений токов.