Лекции10 (1055170)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНАДисциплина:Физические основы электронных приборовМихайлов Валерий ПавловичЛекция № 14Полевые транзисторыПолевые транзисторы - полупроводниковые приборы, вкоторых ток через канал управляется электрическим полем,возникающем при приложении напряжения между затвором иистоком.Канал - это область кристалла, в которой поток носителейзаряда регулируется изменением ее поперечного сечения иликонцентрации носителей заряда в этой области.Исток - электрод полевого транзистора, через который вканал втекают носители заряда.Сток - электрод, в который из канала вытекают носителизаряда.Затвор - электрод, к которому прикладывается управляющеенапряжение.Полевые транзисторы называют также униполярными, т.к.токи в них образованы носителями зарядов одного знака(основными носителями).Чаще используются полевые транзисторы с изолированнымзатвором:МДП-транзисторы(металл-диэлектрик-полупроводник) и МОП - транзисторы (металл - окисел полупроводник).МОП - транзистор с индуцированным р-каналом работаетлишь при подаче на затвор отрицательного напряженияUз<0 относительно истока Uи=0 и подложки Uп=0.Схема МОП - транзистора с индуцированным р-каналом1 - подложка; 2 - исток; 3 - сток; 4 - затвор; 5 – окисел ( SiO2 )Рассмотримработуифизическиепроцессы,происходящие в МОП - транзисторе с индуцированным р каналом.Предположим, что напряжения на электродах равны нулю,т.е.

Uз = Uи= Uс= Un=0.На границах И-П и С-П существуют p-n - переходы, а награнице SiO2-П - потенциальный барьер ek. Этот барьеробразуется вследствие того, что в пленке SiO2 существуетнекоторое количество положительных ионов, а наповерхности полупроводниковой подложки существуютловушки, захватывающие электроны. Этот двойнойэлектрический слой и создает потенциальный барьер ek.На поверхности n-области формируется отрицательныйобъемный заряд (толщиной dn) с электронной проводимостьюи более высокой концентрацией электронов.

В этом случае приUз=0 и подаче отрицательного напряжения на сток Uc<0 токчерез МОП - транзистор не потечет - Ic =0, т.к. к переходу СП приложено обратное напряжение.Рабочая область МОП-транзистора синдуцированным каналом при U з = 0Энергетическая диаграмма МОП-транзистора синдуцированным каналом при U з = 0При подаче на затвор отрицательного напряженияUз<0 электрическое поле отталкивает электроны отповерхности n-области вглубь полупроводника.При этом уровень Ферми ЕF оказывается ниже серединызапрещенной зоны, т.е. у поверхности n-области образуетсяинверсный слой с дырочной проводимостью. В этом слоемежду И и С формируется р-канал.

Этот канал имеет толщинув несколько нанометров и отделен от n-полупроводникаобластью положительного объемного заряда.Изменяя -Uз, можно регулировать концентрациюдыроквр-канале,управляятакимобразомегопроводимостью.Пороговое напряжение Uз пор. - напряжение затвора, прикотором в МОП-транзисторе формируется канал.Если при условии |Uз|>|Uзпор.|подать отрицательноенапряжение на сток Uc<0 , то в р-канале появится продольноеэлектрическое поле и возникнет дрейфовое движение дырокот И к С, т.е. потечет ток Ic.Рабочая область МОП-транзистора синдуцированным каналом при U з  0Энергетическая диаграмма МОП-транзистора синдуцированным каналом при U з  0Выходные характеристики МОП-транзистора синдуцированным каналомПусть Uп=0, Uи=0.Покажем выходные (стоковые) зависимости Ic=(Uc)при фиксированных значениях Uз=const.Ток стока Ic можно регулировать, меняя напряжениена затворе Uз .

При этом меняется концентрация дырок вканале. Ток стока Ic можно регулировать также при помощинапряжения Uc . В этом случае будет меняться дрейфоваяскорость движения дырок в канале.Выходные (стоковые) характеристики МОП-транзистора синдуцированным каналомМДП - транзисторы со встроенным каналомЭлектрическое поле затвора (+) выталкивает дыркииз канала, обедняя его основными носителями заряда(режим обеднения канала - режим а).Врежимеобогащенияканала(режимб)электрическое поле (-) втягивает дырки в канал, обогащаяего основными носителями заряда.Таким образом, меняя величину и полярность U3 ,можно регулировать проводимость канала, а следовательновеличину тока стока Ic за счет изменения концентрациидырок.Устройство и схемы включения МДП транзистораа) в режиме обеднения каналаб) в режиме обогащения каналаUз < 0Uи =0Uc < 0p+p+4n5Uп =01 – исток; 2 – затвор; 3 – сток; 4 – р – канал; 5 – подложкаВыходные (стоковые) характеристики МДП-транзистора совстроенным каналомIc0Uз < 0Uз = 0Uз > 0- UcuРежим обогащенияРежим обедненияХарактеристика передачи (стоко-затворная) МДПтранзистораIcРежим обедненияUзотсРежим обогащения0- UзНапряжение на затворе, при котором транзисторзапираетсяназывается напряжением отсечки МДПтранзистора Uз отс.

.Полевые транзисторы с управляющим p-n - переходомUз < 03pUи = 0p1nUc > 02При подаче на затвор отрицательного напряжения Uз  0ширина запирающего слоя p-n перехода увеличится, апоперечное сечение n-канала уменьшится и, следовательно,увеличится его электрическое сопротивление.При подключении к стоку положительного напряжения Uс 0 возникает дрейфовое движение электронов от истокачерез канал к стоку, т. е. возникает ток стока Ic.При Uс  0 изменяется также конфигурация канала.Вблизи истока потенциал n-канала равен нулю, а вблизи стокаUс.

Напряжение на p-n-переходе вблизи истока равно /Uз /,вблизи стока /Uз / + Uс и ширина запирающего слоя растет, апоперечное сечение n-канала сужается.Таким образом, током стока Ic можно управлять, меняя Uзили Uс . При некотором отрицательном напряжении затвора Uз 0 запирающие слои верхнего и нижнего переходов могутсомкнуться и транзистор оказывается запертым: Ic = 0 .При этом напряжение на затворе равно напряжению отсечки Uз= Uз отс.Лекция №15Статические характеристики транзистора с управляющимp-n-переходомСхема включения полевого транзистора с управляющим p-nпереходом с общим истокомДля полевого транзистора с управляющим p-nпереходом обычно используются две характеристики:-выходная (стоковая) Ic = f1(Ucи);-характеристикапрямойзатворная) Ic = f2(Uзи).передачи(стоко-Выходные (стоковые) характеристики: Ic = f1(Ucи)IU''зиI>IU'зиI>IUзиIIcUзи = 0Uзи < 0U'зи < 0U''зи < 0Пробой p- n переходаРежим насыщения0U'зинасU''зинас U’СИнасU’’СИнасUcuХарактеристика прямой передачи (стоко - затворная)Ic = f2(Uзи)Ic- Uз u Uзuотс0Ток в полевом транзисторе возникает при условии:/Uзи/  /Uзи отс./Иногда используется входная характеристика:Iз =  (Uзи), которая представляет собой обратную ветвьВАХ p-n-перехода.Iз- Uзu0Температурная стабильность диодов, биполярных иполевых транзисторовНапомним, что диод – это двухвыводной прибор, еговольтампернаяхарактеристикаиобозначениенапринципиальных электрических схемах представлены нарис.1.

Имеется две ветви вольтамперной характеристики,прямая, когда положительное напряжение подано на вывод,помеченный знаком «+» (на р-вывод p-n перехода или анод) иобратная.Вольтамперная характеристика диодаНа прямом участке зависимость представляет собойэкспоненту и ток, начиная с некоторого значения Uд резковозрастает. Это напряжение называют прямым падениемили«пяточкой»диода,длякремниевыхдиодов оносоставляет около 0,6…0,7 В. Оно существенно зависит оттемпературы перехода и падает примерно на 0,2 В приповышениитемпературына100градусов.Причем,характеристика достаточно линейна.

При такой высокойчувствительности диод может быть отличным датчикомтемпературы и часто используется для этих целей. Однаконедостатком является нестабильность чувствительности.В экспоненциальной характеристике p-n переходаприсутствует резистивная составляющая, обусловленнаярезистивным сопротивлением выводов и кремния.Причем, температурный коэффициент сопротивления(ТКС) обычно положителен.

Это приводит к разбросучувствительности от прибора к прибору, поэтому диод вкачестветемпературногодатчикадолженбытьпредварительно протарирован.Стандартными характеристиками выпрямительныхдиодов, применяемых в САУ является номинальное ипредельное значение прямого тока диода Iпр, иногда взависимости от температуры корпуса. Важным также являетсяи предельное значение обратного напряжения Uобр.Фактически, биполярный транзистор представляет изсебя два встречно включенных диода.

Такое диодноепредставление n-p-n транзистора представлено на рис 5. Наколлекторподаетсяположительныйпотенциал,наэмиттер – отрицательный. Если базу подсоединить кколлектору – транзистор будет открыт, к эмиттеру – закрыт,–такпростейшимобразомможноописатьработубиполярного транзистора. Для p-n-p транзистора диодыбудут включены противоположно и на коллектор следуетподаватьотрицательноеостается справедливым.напряжение,всеостальноеДва встречно включенных диодаУравнение Эберса-Молла связывает коллекторный токс напряжением на переходе база-эмиттер UБЭ и Т и описываетработутранзисторавдостаточноширокомдиапазоненапряжений, токов и температур:U БЭI К  I НАС (exp()  1)UТгде IНАС – ток насыщения (обратный ток) эмиттерногоперехода; UT =kT/e – энергетический барьер для носителейзаряда: k – постоянная Больцмана (k=1,38·10-23 Дж/К); Т абсолютная температура; e– заряд электрона (e = 1,6 · 10-19Кл).Коллекторный ток существенно больше тока насыщенияэмиттерного перехода, поэтому:U БЭI К  I НАС exp()UТКазалось бы, согласно уравнению Эберса-Молла токколлектора должен убывать с повышением температуры,причем экспоненциально, однако это не так.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций