ЛЕКЦИЯ11: Полевые транзисторы с изолированным затвором

(МДП-транзисторы)

Полевой транзистор с изолирован­ным затвором – это полевой транзистор, затвор которого отделен от канала в электрическом отношении слоем диэлектрика. Если в качестве диэлектрика используется окись кремния, то транзисторы называются МОП-транзисторами.

Существуют две разновидности транзисторов с изолированным затвором: полевые транзисторы с встроенным и индуцированным каналом.

В обоих этих типах используются поверхностные каналы. Управ­ление величиной тока стока в них осуществляется изменением удель­ной проводимости канала (концентрацией основных носителей в нем) с помощью электрического поля затвора.

МДП-транзистор со встроенным каналом, может работать при лю­бой полярности напряжения на затворе (рисунок 1.27).

а б

Рисунок 1.38. – Структура (а) и схема включения (б) МДП-транзистора

со встроенным каналом N -типа.

При U_з = 0 ток I_с имеет отличную от нуля величину. Если к затвору приложить положи­тельное напряжение (U_з › 0), то образовавшееся вокруг канала элект­рическое поле притянет из подложки НЗ, таким образом в канале увеличится число НЗ и увеличится I_с. Этот режимработы называется режимом обогащения.

Если к затвору приложить отрицательное напряжение (U_з ‹ 0), то отрицательное электрическое поле вытолкнет из канала НЗ в подложку. Число НЗ в канале уменьшится, уменьшится также I_с. Это режим обеднения.ВАХ транзистора приведены на рисунке 1.28.

а б

Рисунок 1.39 – Стоковые (а) и стоко-затворные (б) характеристики

МДП-транзистора со встроенным каналом.

Стоковые характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом по виду аналогичны стоковым характеристикам ПТ с управляющим PN- переходом, отличаются от них разными полярностями напряжения U_зи Стоко-затворные характеристики отличаются от аналогичных для ПТ с управляющим PN -переходом своим видом.

В МДП-транзисторе с индуцированным каналом проводящий канал появляется только при определенной полярности и определенной ве­личине напряжения затвор-исток, которое называется пороговым нап­ряжением. МДП-транзистор с индуциро­ванным каналом может работать только в режиме обогащения.

Структура и схема включения приведены на рисунке 1.29.

а б

Рисунок 1.40 – Структура (а) и схема включения (б) МДП-транзистора с индуцированным каналом N -каналом;

ВАХ ПТ с индуцированным каналом приведены на рисунке 1.41.

Рисунок 1.41 – Стоковые (а) и стоко-затворные (б) характеристики

МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Стоковые характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом, аналогичны по виду стоковым характеристикам ПТ со встро­енным каналом (рисунок 1.30,а), но полярность напряжения на затворе имеет знак, противоположный знаку НЗ в канале: если у транзистора N -канал, то к затвору подключается положительный полюс источника Е_зи; если транзистор с P -каналом, то полюс Е_зи, подключаемый к затво­ру, отрицательный.

Стоко-затворные характеристики имеют другой вид (рисунок 1.30,б).

Полевые транзисторы для интегральных схем(ИС)

Анализ свойств полевых транзисторов в дискретном исполнении показал их большие преимущества по сравнению с биполярными транзисторами. Естественно, что при создании полупроводниковых ИМС возникло стремление получения их на основе полевых транзисторов.

Интегральные МДП-транзисторы изготавливаются по планарной технологии. Области стока и истока формируют локальной диффузией легирующих примесей в кремниевую подложку с противоположным типом электропроводности. Изоляция затвора от полупроводника осуществляется пленкой SiO₂, расположенной на поверхности подложки между областями стока и истока. Затвор и выводы электродов выполняют путем металлизации.

Структура МДП-транзистора с каналом N- типа показана на рисунке 1.10,а. Истоки и стоки смежных МДП-транзисторов разделены встречно включенными электронно- дырочными переходами(ЭДП).

Рисунок 1.42 Структура МДП-транзистора с индуцированным каналом N- типа (а) и комплиментарной пары МДП-тразисторов (б)

Технология изготовления МДП-транзисторов более простая, чем биполярных. Необходим лишь один процесс диффузии и меньшее количество процессов фотолитографии. Это обеспечивает больший процент выхода годной продукции и меньшую ее стоимость.

Существенным преимуществом МДП-транзисторов является возможность их использования не только в качестве активных, но и пассивных элементов. Использование МДП-транзисторов как элементов резисторной нагрузки позволяет большинство ключевых и логических ИМС создавать только на базе МДП-структур.

Технология изготовления интегральных МДП-транзисторов позволяет создавать в кремниевой подложке МДП-транзисторы с каналами P - и N- типов с очень близкими электрическими параметрами. Такие транзисторы называются комплементарными(КМДП), или дополняющими (рисунок 1.10,б). Применение КМПД-транзисторов позволяет во многих случаях создать устройства, обладающие более высокими параметрами.

Например, логические элементы на КМДП- транзисторах имеютболее высокие помехоустойчивость и быстродействие, могут работать в широком диапазоне изменения питающих напряжений (от 3 до 18В), что значительно облегчает их согласование с биполярными транзисторами, потребляют исключительно малую мощность в статическом режиме.

По сравнению с биполярными полевые транзисторы имеют ряд дос­тоинств: высокое входное сопротивление (10⁹..10¹⁵) Ом; высокие значения коэффициентов усиления К_т и К_м, высокую температурную стабильность; низкий уровень шумов; нечувствительность к радиационным излучениям.

Недостатками их являются: низкая крутизна; большая входная емкость; низкий коэффициент усиления по напряжению; чувствительность к электростатическому напряжению.

Выводы. 1. Полевой транзистор с изолированным затвором представляет собой полупроводниковый прибор, в котором управляющий электрод определен от токопроводящего канала слоем диэлектрика.2. В отличие от полевого транзистора с управляющим PN -переходом входное сопротивление полевого транзистора с изолированным затвором остается очень большим при любой полярности поданного на вход напряжения. 3. Полевые транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения. 4. Полевые транзисторы с индуцированным затвором могут работать только в режиме обогащения.

Контрольные вопросы:

1.Почему входное сопротивление полевого транзистора со встроенным каналом остается большим при любой полярности поданного на входе напряжения?

2.Чем объяснить, что МДП - транзистор с индуцированным каналом не может работать в режиме обеднения?

3.Чем ограничивается изменение толщины слоя диэлектрика в МДП- транзисторах?

4.Почему полевые транзисторы с N -каналом при прочих равных условиях могут работать на более высоких частотах?

5.Почему двухзатворные транзисторы могут работать на более высоких частотах, чем однозатворные?

ЛЕКЦИЯ 12: Тема 1.5 Тиристоры(динисторы,тринисторы,симисторы)

Тиристоры находят применение в аппаратуре электропитания и автоматики устройств радио и проводной связи, проводного, радио и телевизионного вещания.

Учебный материал данной лекции будет использован в учебных дисциплинах «Электропитание устройств связи», «Радиопередающие устройства», «Аппаратура звукового вещания».

Тиристор – это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры используются в цепях электропитания устройств связи и энергетики, различных автоматических управляющих устройствах, в качестве регуляторов освещения, устройствах цветомузыки.

Тиристоры, имеющие два вывода, называют динисторами, а имеющие три вывода – тринисторами.

Динисторы

Динистор имеет четырёхслойную структуру, у которой две крайние области являются эмиттерами, а две средние – базами, которые одновременно являются и коллекторами. Динистор имеет три PN-перехода, из которых два крайних – эмиттерные, а средний – коллекторный. Крайнюю N-область называют катодом, а крайнюю P-область – анодом.

Принцип действия динистора рассмотрим одновременно с его ВАХ (рисунок 1.31).

а б

Рисунок 1.43, а – Конструкция динистора; б – ВАХ динистора

Концентрация ОН в областях тиристора различна: в двух край­них областях более высокая, чем в средних. Динистор можно предс­тавить в виде соединения двух транзисторов: первый транзистор структуры PNP, второй NPN.

При прямом включении к P -области подключен положительный полюс источника, а к N -области – отрицательный. При этом два крайних перехода оказывают­ся смещенными в прямом направлении, а средний – в обратном, то есть переходы соответствуют обычному активному включению транзис­торов. Исходное состояние динистора – закрытое (участок ОА на рисунок 1.31,б).

При увеличении прямого напряжения в каждом из воображаемых транзисторов начинается движение основных носителей от крайних эмиттерных областей через ближайшие базовые в дальнюю – коллекторную область, где эти носители накапливаются. В момент переключения (включения) тиристора заряд накопленных основных носителей в средних областях компенсирует потенциальный барьер, созданный на среднем переходе (т. A ВАХ). При этом он оказывается также прямосмещенным, а тиристор скачком переходит в открытое состояние (участок BC ВАХ). Здесь он обладает малым об­щим сопротивлением и определяет поэтому малое падение напряжения на нем. Тиристор характе­ризуется отрицательным дифференциальным сопротивлением (участок AB ВАХ).

Разрыв анодной цепи или подача на электроды напряжения обрат­ной полярности вызовет постепенное рассасывание избыточных основных носителей из средних областей в крайние, и средний PN- переход оказывается опять обратносмещённым. Происходит переключение (выключение) тиристора (т. B ВАХ).

Параметры динистора:

Напряжение включения U_вкл, В;

Удерживающий ток I_у, А;

Ток включения I_вкл, А;

Максимальный прямой ток I_max, А;

Максимальная рассеиваемая мощность P_max, Вт;

Максимальное обратное напряжение U_{o6p max}, В.

Дата добавления: 2014-11-16