Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением р-л-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора отделен от поверхности полупроводникового кристалла (рис. 6.!, б, в). Процессы рекомбинации носителей в р-л-переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерацнонно-рекомбинациоиные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов. Статические характеристики Полевые транзисторы имеют большие входные и выходные сопротивления. Поэтому в отличие от биполярных транзисторов статические характеристики полевых транзисторов удобнее и правильнее исследовать с помощью источников напряжения в качестве источников питания.
Следовательно, статические характеристики полевых транзисторов должны соответствовать системе уравнений (6.1) Важнейшими семействами статических характеристик для полевого транзистора являются семейство выходных статических характеристик н семейство статических характеристик передачи. Выходные статические характеристики полевого транзистора представляют собой зависимости тока стока от напряжения на стоке относительно истока при различных постоянных напряжениях иа затворе (рис. 6.2, а). Рассмотрим вначале характер одной зависимости !с = — ДУси) при Узи = О.
Напряжение иа затворе относительно истока будет равно нулю только в том случае, .уг мд дида ,д и пеллагр )у) уявагг ах и) Рис. б.2. Выходные статические характеристики (а) и статические характеристики передачи (б) полевого транзистора с управляюнеим р-л-переходам если затвор закорочен с истоком. Характеристика выходит из начала координат под углом, соответствующим начальному статическому сопротивлению канала и сопротивлениям )сн и )сс прилегающих к каналу областей полупроводникового кристалла с тем же типом электропроводности. Статическое сопротивление канала определяется его длиной и поперечным сечением, зависящим от толщины р-л-перехода (или р-л-переходов). Первая часть характеристики, которую называют крутой частью, сублннейна, т. е. ток стока растет замедленно с ростом напряжения на стоке.
Объясняется эта нелинейность характеристики увеличением толщины р-л-перехода затвора около стока, так как с увеличением напряжения на стоке растет по абсолютному значению обратное напряжение на р-л-переходе затвора. Ток стока, проходя по каналу, создает его неэквипотенциальность. Таким образом, наибольшая толщина р-л-перехода и соответственно наименьшее поперечное сечение канала получаются со стороны стока (см. рнс. 6.1, в и 6.3). Другой физической причиной, приводящей к сублинейности выходной характеристики, является уменьшение подвижности носителей заряда в канале при увеличении в нем напряженности электрического поля (см. $ !.10).
При некотором напряжении на стоке Уси„., — напряжении насогщения — происходит перекрытие канала из-за увеличения 304 Рис. б.э Увеличение толщины управляющих р-л-переходов со стороны стока и соответствующее увеличение длины перекрытой части пронодяшего канала при увеличении напряжения на стоке и неизменном напряжении на затворе относительно истока: ! — напряжение на стоке равно напряжении> насыщения цен„м, 2 — иби)оси ею 3 — пби)ьсн толщины р-л-перехода затвора. Ток стока прн дальнейшем увеличении напряжения на стоке почти не растет. Прн напряжении между затвором и истоком, равном нулю, и прн напряжении на стоке, равном или превышающем напряжение насыщения, ток стока называют начальным током стока )с„,„.
Часть характеристики, соответствующую насыщению тока стока, называют пологой частью. Следует учитывать условность понятия «перекрытне» канала при увеличении напряжения на стоке и неизменном напряжении на затворе г 23 относительно истока, так как перекрытие канала прн указанных условиях является следствием увеличения тока стока.
Таким образом, можно считать, что в результате увеличения тока стока или напряжения на стоке автоматически устанавливается неко- 3» торое малое сечение канала со стороны стокового электрода. При дальнейшем увеличении напряжения на стоке увеличивается длина перекрытой части канала и растет статическое сопротивление канала. Если бы длина перекрытой части канала увеличивалась пропорционально напряжению на стоке, то ток стока не изменялся бы при напряжениях на стоке, превышающих напряжение насыщения. Однако длина перекрытой части канала увеличивается из-за увеличения толщины р-л-перехода с ростом напряжения на стоке (рис. 6.3), а толщина р-и-перехода пропорциональна либо корню квадратному, либо корню кубическому из напряжения (см.
$2.6 и 2.7). Поэтому в пологой части характеристики наблюдается некоторое увеличение тока стока при увеличении напряжения на стоке. Теперь рассмотрим смещение и изменение статических характеристик с изменением напряжения на затворе. При подаче на затвор напряжения такой полярности относительно истока, которая соответствует обратному смещению р-л-перехода затвора, и при увеличении этого напряжения по абсолютному значению уменьшается начальное поперечное сечение канала. Поэтому начальные участки выходных статических характеристик при напряжениях на затворе, отличных от нуля, имеют другой наклон, соответствующий ббльшнм начальным статическим сопротивлениям канала.
При меньших начальных поперечных сечениях перекрытие канала из-за увеличения напряжения на стоке происходит прн меньших напряжениях насыщения (см. рис. 6.2, а). При больших напряжениях на стоке может возникнуть пробой 305 р-и-перехода затвора. Обратное напряжение иа р-п-переходе затвора изменяется вдоль длины канала, достигая максимального значения у стокового конца канала. Напряжение, приложенное к р-и-переходу затвора в этом месте, является суммой напряжений на стоке и на затворе.
Таким образом, пробой полевого транзистора может происходить прн разных напряжениях на стоке в зависимости от напряжения иа затворе. Чем больше напряжение иа затворе, тем меньше напряжение на стоке, при котором произойдет пробой р-и-перехода затвора (см. рис. 6.2, а). Полевые транзисторы делают обычно иа основе кремния. Поэтому пробой таких транзисторов имеет лавиниый характер.
Статические характеристики передачи полевого транзистора в соответствии с (6.!) представляют собой зависимости тока стока от напряжения на затворе при различных постоянных напряжениях на стоке. Так как основным рабочим режимом полевых транзисторов является режим насыщения тока стока, что соответствует пологим частям выходных статических характеристик, то наибольший интерес представляет зависимость тока насыщения от напряжения на затворе при постоянном иапрнжеиии на стоке. Характер этой зависимости ясен из принципа действия полевого транзистора с управляющим р-п-переходом. При изменении напряженна иа стоке смещением характеристик передачи практически можно пренебречь в связи с малым изменением тока в пологой части выходных статических характеристик (см. рис.
6.2, б). Напряжение между затвором и истоком полевого транзистора с управляющим переходом, при котором ток стока достигает заданного низкого значения„называют напряжением отсечки полевого транзистора (7зн При рассмотрении статических характеристик полевого транзистора были отмечены его основные статические параметры.
По статической характеристике передачи можно определить еще одни основной параметр полевого транзистора, характеризующий его усилительные свойства, — крутизну характеристики полевого транзистора 5, которая представляет собой отношение изменения тока стока к изменению напряжения иа затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора в схеме с общим истоком: 5=— и'гс Л цки ~ оси = соки Крутизна характеристики полевого транзистора составляет обычно несколько миллиампер на вольт. 5 $.2.
РАСЧЕТ ЬЫХОДИЫХ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЕЬОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАЬЛЯЮЩИМ ПЕРЕХОДОМ где у — удельная проводимость канала. В первом приближении будем считать удельную проводимость материала канала не зависящей от напряженности электрического поля, т. е. не будем учитывать изменение подвижности.
Плотность тока в канале изменяется по его длине в связи с изменением сечения канала и соответствующим изменением напряженности, Ток в канале транзистора, неизменный по всему каналу, ус = — Тгкгп —, и'к ' (6.3) рнс. бчк Структура рабочей части полевого трананссора с управлнюпкнмн р-л.пере. колами где й — ширина канала. Толщина канала сн зависит от толщины р-и-переходов: и =а — 26. (6.4) Толщина р-и-перехода зависит от напряжения иа ием (см. $2.6).
В выражении (2.27) для толщины резкого р-п-перехода можно пренебречь контактной разностью потенциала на р-и-переходе по сравнению с относительно большим обратным напряжением, поданным иа затвор полевого транзистора. Однако необходимо учесть иеэквипотеициальность канала, возникающую из-за прохождения тока по каналу от истока к стоку. Тогда б = — еа'(кР— 0зи) . ол' (6.5) Для более компактной записи найдем напряжение отсечки (7зи,. Из определения напряжения отсечки следует, что толщина канала около стока при этом напряжении равна нулю, а толшина р-и-перехода Пренебрегая объемными сопротивлениями кристалла полупроводника на участках между концами канала и контактами истока и стока, рабочую часть полевого транзистора можно представить в упрощенном виде (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
