Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000), страница 12

Если Узи =Узн„„, транзистор заперт (режим отсечки) н те=О, В случае открытого транзистора для любого значения выходного тока 1с будет соблюдаться равенство Узн — Уси «тс = Узи о~с = — Усз нас> где Уз脄— напряжение между стоком и затвором в режиме насыщения транзистора Из сравнения приведенных на рнс, 2,18 ВАХ видно, что полярности управляющего и выходного напряжений полевого транзистора с управляющим р-и-переходом не совпадают. Реальная структура МДП-транзистора с каналом и-типа показана на рпс.

2,19, Металлический затвор изолирован от полупроводниковой подложки слоем диэлектрика (отсюда эквивалентное название МДП-транзистора — полевой транзистор с изолированным затвором). Пусть напряжение на затворе отсутствует, т. е. Узн О. Если между стоком и истоком подвести напряжение указанной иа рнс 2.19 полярности, то прн нулевом потенциале на затворе на пути от истока к стоку окажутся два встречно включенных р-л-перехода. Поэтому токопроводящее сечение канала Ь будет обладать большим сопротивлением, а выходкой ток (с окажется ничтожно мал (примерно равен обратному току р-и-переходов). Если подать на затвор отрицательное напряжение Узи, то поверхностный слой подложки р-типа, прилегающий к металлизированной пластине затвора, обогатится дыркамн и значение тока lс практически не изменится. Если же приложить к затвору небольшое положительное напряжение Узн и постепенно его повышать, то дырки под действием поля, создаваемого положительным напряженнем затвора, будут уходить из поверхностного слоя вглубь подложки, а электроны — притягиваться, образуя обогащенный электронамн поверхностный слой подложки, примыкающий к пла- 56 л иг», ((и» г» р Ю) а) ('н тйб Передаточные (а) н выходные (6) ВАХ МДП транзнстора с нндуцн рованным каналом «о затвора.

Количество этих электронов значительно меньше, в областях подложки а+-типа', примыкающих к истоку и .у. Однако этого количества электронов по отношению к основ- носителям заряда для р-областн становится достаточным мере возрастания положительного напряжения на затворе) образования слоя противоположной проводимости по отноше° и подложке р-типа — инверсного слоя (слоя и-типа).

Этот рсный слой и является токопроводящим каналом п-типа, зал(ощим две другие и+-области подложки, примыкающие к ку н стоку. Такой канал называется инду((ированным, т. е. ивиным полем затвора. Таким образом, индуцнрованные каналы ~ствуют в равновесном состоянии и образуются под действием ниего напряжения определенной полярности и определенного шння. Напряжение на затворе, прн котором возникает токонодящий канал, называется пороговоьм.

Если выбрать иодну и-типа, а области истока и стока сделать р'-типа, то иолуя МДП-транзистор с индуцированным р-каналом. ~(средаточные и выходные ВАХ для МДП-транзистора при «ненни с ОИ приведены на рис. 220. Прн этом выходные хам ристпки приведены только для индуцированного канала на. Выходные характеристики МДП-транзнсторов с индуцнронам каналом р-типа будут расположены в П! квадранте, сим- ~ цчно приведенным на рис.

2.20,б, Из переходных характерн- на рис. 2.20,б, видно, что, во-первых. полярности входного и диого напряжений всегда совпадают и, во-вторых, увеляче()зи ведет к увеличению!с. Исключение составляет только дная кривая, соответствующая ()зи1, так как 1)зи1< с)зи еер, (.слл концентрацнн основных носителей заряда в контактнруемых нолу»дннковых областях резко отличаются (на два порядка н более), то об.

ь с большей концентрацней отмечается снмволон м'+л, 57 б! Рнс а.21, Передаточные (а1 н виаоднис (б) ПАХ МЛП транзистора со астро. енныи и-каналом В МДП-транзисторах со встроенным каналом у поверхности полупроводника под затвором (при нулевом напряжении на затворе относительно истока) существует инверсный слой — проводящий (встроенный) канал. Этот канал практически реализуют в виде тонкого приповерхностного слоя с помощью ионного легироваиия. МДП-транзисторы со встроенным каналом могут работать при обеих полярностях напряжения на затворе. Передаточные и выходные ВАХ данного транзистора, включенного по схеме с ОИ, показаны на рис.

2.21. Из анализа этих характеристик видно, что при отсутствии управляющего напряжения, когда Узи =О, значение выходного тока транзистора 1с отлично от нуля и равно некоторому значению, которое называют начальным током стока — 1оаач (см. рис. 2.21, а). При значениях выходного тока 1с<1с... полярности входного и выходного напряжений противоположны, а при 1с>1с.а. их полярности совпадают. Прн любом значении управляющего напряжения, большем его значения, соответствующего режиму отсечки (1с=О, Узи =Узн с), т. е. при (Узи ~> 1Узиотс( выходной ток 1с отличен от нуля и возрастает с возрастанием выходного напряжения, достигая своего предельного значения (граница ре.

жима насыщения — показана на рис. 2.20,б н 2.2!,б штриховои линией ОА) при выходном напряжении Уси вра = Узи Узи пор (2.2Ф) Основными параметрами, характеризующими полевой транзистор как нелинейный элемент, являются: коэффициент усиления но нилряжению Фи Р ЬУси /ЬУзн пРн 1с соп31, крутизна (определяется по передаточной характеристике) з = А1с/аУзи при Уси = сопз1; дифференциальное выходное 1внутреннее )г,) сопротивление гв = й~ л1гси/МУс прн Егзи со"а1' дифференциальное сопротивление участка затвор — сток Йзс = й1УзсФ)с.

Это сопротивление учитывает обратную связь между выходом н входом полевого транзистора. Входное сопротнвление г„ полевого транзистора очень велико (несколько мегаом), поскольку значение тока затвора lз очень мало, Значенне параметра гг, определяют прн работе транзистора в )чжнме насыщения как котангенс угл» наклона выходной харакнристнкн, Так как для полевых транзисторов режнму насыщения соответствует пологая часть выходной характернстикн, то в рабочей области этот угол мал н, следовательно, внутреннее сопротивление оказывается достаточно большнм 1сотни кклоом).

Крутизна з передаточной характеристики отражает степень влияния входного напряжения на выходной ток, т. е. эффективность управляющего действия затвора, н составляет 1 ... 5 мА~В. 1)ервые трн параметра связаны соотношением в=И,. Условные обозначения полевых транзнсторов прнведены на рнс. 2.6, /0 ... 15. Темйературная зависимость характернстнк полевых транзисторов. Ранее было отмечено, что уснлительные свойства полевых ~раизисторов (ПТ) связаны с процессом перемещення основных лля полупроводника носителей заряда, т. е. ток ПТ определяется концентрацией основных носителей. Однако известно, что коню нтрацня основных носителей в полупроводнике почти не зависит ог температуры.

Поэтому н свойства ПТ слабо изменяются с измеганием температуры. Основнымн параметрами ПТ, завнсяшимн от температуры, являются: напряженке отсечки н пороговое напряжение. На рнс. 2.22 приведены переходные характеристики ПТ с управляющим р-п-переходом и изолированным затвором, Из приведенных характеристик следует, что для любого типа ПТ сушег снует такое значение тона стока (соответствующее точке Н на рнс. 2.22), при котором его величина не зависит от температуры. Это объясняется действием в этом приборе двух противоположных механизмов. Так, для полевого транзистора с управляющим р-н-переходом прн повышении температуры окружающей среды растет собственное сопротивление полупроводникового материаЛа, что приводнт лак к непосредственному уменьшенню тока стока, гак и к дополнительному подзапиранию р-л.перехода из-за наличия составляющей падения напряжения на канале Указанные 59 ~амЮ ~омРо цен(г1! Ф~р~ ге) Рне.

2.22. Заанснноеть нерехаточних заравтернстнк нолевого транзистора от темнератури причины при увеличении температуры ведут к уменьшению тока стока. Этот эффект особенно сильно проявляется при больших токах стока. Однако увеличение температуры ведет к уменьшению толщины р-п-перехода, что расширяет канал. Последнее вызывает увеличение тока стока, что особенно заметно при малых его значениях. Поэтому при некоторых значениях тока стока оба фактора компенсируют друг друга и величина тока стока не зависит от изменения температуры.