Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом

МОДУЛЬ 4 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Полевым транзистором (ПТ) называют трехэлектродный полупроводниковый прибор, в ко-тором изменение тока происходит под действием перпендикулярного току электрического по-ля, создаваемого входным сигналом. Движение носителей заряда через канал – (область управ-ляемой проводимости) от истока (области, являющейся источником дырок или электронов в за-висимости от типа проводимости канала) к стоку (области, собирающей эти заряды из канала) управляет затвор.

Исток, сток и затвор по назначению эквивалентны соответственно эмиттеру, коллектору и базе в биполярном транзисторе или катоду, аноду и управляющей сетке в электронной лампе.

По физическим эффектам, лежащим в основе управления носителями заряда, ПТ условно делят на две группы – ПТ с управляющим p-n -переходом и ПТ с изолированным затвором (так называемой МДП- или МОП-транзисторы).

Рассмотрим устройство и принцип действия прибора этой группы, выполненного по современной планарной технологии (рис. 21). В исходном кристалле кремния p -типа создается область n -типа, из ко-

торой в дальнейшем будет сформирован канал полевого транзистора.

И

З

На верхнюю грань пластины, имеющую

электронную

проводимость,

вводится

акцептор, создающий дырочную прово-

С

димость.

От

вновь

созданной

p -области

с

р -Si

помощью

низкоомного

невыпрямляющего

контакта делается вывод, образующий

управляющий

электрод

полевого

КАНАЛ (N SI)

транзистора – затвор. Такие же выводы

ПОДЛОЖКА (Р -

делаются

от

начала

и

конца

а)

б)

сформированного в толще подложки канала,

Рис. 21 Устройство и условное графическое изображение

являющиеся

соответственно

истоком

и

стоком.

полевого транзистора с управляющим p-n -переходом

и каналом n -типа

Таким образом, в подложке в процессе

изготовления

полевого

транзистора

были

сформированы два p-n -перехода: первый – между подложкой и каналом, второй – между каналом и за-твором (на рисунке закрашен серым цветом). Первый переход изолирует канал от подложки и не при-нимает дальнейшего участия в работе транзистора.

При включении полевого транзистора на сток относительно истока подается напряжение U _си такой полярности, чтобы основные носители заряда (электроны в канале n -типа) двигались по каналу в на-правлении от истока к стоку. При этом через канал и по внешней цепи протекает ток стока I _с. Цепь ме-жду стоком и истоком является главной. На затвор относительно истока подается напряжение U _зи, об-ратное для p-n -перехода.Оно создает поперечное по отношению к каналу электрическое поле,напряженность ко-торого зависит от величины приложенного напряжения. Чем больше это напряжение, а следовательно, сильнее электрическое поле, тем шире обедненный слой и уже канал. С уменьшением поперечного сечения канала увеличивается его сопротивление, что приводит к умень-шению тока I _с в цепи. Цепь между затвором и истоком является управляющей. Таким образом, принцип действия полевого транзистора с p-n-переходом основан на изменении сопротивления канала за счет изменения ширины области p-n-перехода под действием поперечного электрического поля, котороесоздается напряжением затвор-исток.

Из принципа действия полевого транзистора следует, что, в отличие от биполярного транзистора, он управляется не током, а напряжением U _зи. Поскольку это напряжение обратное, то в цепи затвора ток не протекает, входное сопротивление остается очень большим, на управление потоком носителей заряда, а значит, и выходным током I _с не затрачивается мощность.

Такой процесс происходит при небольшом напряжении U _си. При его дальнейшем увеличении по-тенциалы точек канала относительно истока неодинаковы по его длине: они возрастают по мере при-ближения к стоку от нуля до полного напряжения U _си. В связи с этим увеличивается и обратное напря-жение на p-n -переходе в направлении от истока к стоку от значения, равного U _зи около истока, до сум-мы U _зи + U _си у стока. Это вызывает постепенное расширение обедненного слоя по мере приближения к стоку и соответствующее сужение канала в направлении от истока к стоку.

Дата добавления: 2015-05-06