Будова, принцип роботи та характеристики МДН – транзисторів

На відміну від польових транзисторів з p-n- переходом, у яких затвор має електричний контакт з каналом, в транзисторі типу МДН затвор ізольований від каналу шаром діелектрика. Звідси і назва структури - “метал – діелектрик - напівпровідник”. Такі транзистори виготовляють з кремнію, а діелектриком служить окис кремнію SiO₂. Така структура має ще іншу назву: “метал – окис – напівпровідник” (МОН). Наявність діелектрика між каналом і затвором забезпечує велике значення вхідного опору цих транзисторів (10¹²…10¹⁴ Ом).

Розглянемо будову та характеристики МДН – транзисторів із вмонтованим каналом. Конструкція цього транзистора та умовні позначення МДН – транзисторів зображені на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Будова МДН – транзистора із вмонтованим каналом n- типу (а) та умовні позначення транзисторів з каналом n- типу (б), з каналом p -типу (в) та з каналом p -типу і виводом від підкладки (г)

Для виготовлення МДН – транзистора використовують вихідну пластину (наприклад, p -провідності), яку називають підкладкою, і на ній шляхом наплавлення донорної речовини (n- провідності) утворюють області витоку і стоку та канал між ними. За таких умов канал матиме провідність

n- типу. Ізолюючий шар окису кремнію захищає поверхні, які прилягають до витоку та стоку, а також ізолює затвор від каналу. Крім виводів В, С та З в таких транзисторах іноді роблять ще четвертий вивід від підкладки П, який часто з’єднують з витоком В (рис. 3.4, а).

Робота МДН – транзистора базується на зміні провідності каналу під дією поперечного електричного поля, що зумовлено напругою між витоком і затвором. Основні носії заряду (в даному випадку - електрони) рухаються від витоку до стоку під дією зовнішньої напруги U_СВ (додатний полюс приєднаний до стоку). Змінюючи значення та полярність напруги між затвором і витоком, досягають зміни концентрації електронів у каналі n- типу і сили струму стоку І_С . На рис. 3.5 зображені вихідні (а) та стоко-затворні (б) характеристики МДН – транзистора з вмонтованим n- каналом.

У зв’язку з відсутністю p - n- переходу між затвором і каналом напруга U_ЗВ може мати довільну полярність. Утворенене електричне поле додатньою напругою на затворі притягує електрони у канал і тому струм стоку зростає порівняно з випадком, коли U_ЗВ =0. Такий режим називається режимом збагачення каналу. Якщо подати від’ємну напругу на затвор, то утворене електричне поле виштовхує електрони з каналу і внаслідок зменшення їх концентрації зменшується струм стоку І_С . Такий режим називається режимом збіднення каналу.

Рис. 3.5. Вихідні (а) та стоко-затворні (б) характеристики МДН – транзистора з вмонтованим n- каналом

Напруга на затворі, за якої канал і струм стоку практично зникають, називається напругою відсічки.

Прикладання великої напруги до затвору може спричинити пробій ізолюючої плівки SiO₂ і транзистор вийде з ладу. Тому під час збереження і використання польових транзисторів затвор слід з’єднувати з іншими виводами. У конкретному пристрої з МДН – транзистором затвор завжди повинен мати зв’язок із шиною нульового потенціалу через резистор, опір якого не перевищує 1 МОм.

Зона І (від 0 до точки а) відповідає лінійній залежності І_С= f(U_CB). Точка б відповідає мінімальному звуженню каналу і подальше стрімке зростання струму І_С припиняється (зона ІІ). Зона ІІІ відповідає електричному пробою транзистора.

Конструкція МДН – транзисторів з індукованим каналом дещо відрізняється від транзистора з вмонтованим каналом. В них канал спеціально не створюється, а виникає під час прикладання напруги між затвором і витоком. Якщо в місці контактів витоку і стоку утворені зони з

n- провідністю, то, приклавши до затвору додатну напругу, можна змінити електропровідність поверхневого шару підкладки за рахунок притоку туди електронів. Із збільшенням додатної напруги на затворі електропровідність приповерхневого шару збільшується. Від’ємна напруга на затворі не утворює канал провідності. Отже, транзистор з індукованим каналом працює лише в режимі збагачення.

Стокові (вихідні) характеристики МДН – транзистора з індукованим каналом та його умовні графічні позначення на схемах зображені на рис. 3.6. Ці характеристики подібні до стокових характеристик інших польових транзисторів. Керування струмом транзистора здійснюється напругою тільки однієї полярності.

Рис. 3.6. Стокові характеристики транзистора з індукованим каналом n- типу (а) та умовні зображення МДН – транзистора з індукованим каналом

n- типу (б), р- типу (в), з виводом від підкладки (г)

В лабораторній роботі студенти досліджують характеристики МДН – транзистора з індукованим каналом типу 2П – 902 А.

Польові транзистори можна вмикати в електричне коло за однією із наступних схем: зі спільним витоком, зі спільним стоком та зі спільним затвором.

Дата добавления: 2014-01-04