Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 25
Текст из файла (страница 25)
На поверхности канала имеется слой диэлектрика (обычно диоксидакремния SiО2) толщиной порядка 0,1 мкм, а на нем методом напылениянаносится тонкая металлическая пленка, от которой также делаетсяэлектрический вывод - затвор. Иногда от основания (называемогоподложкой (П)) также делается вывод, который накоротко соединяют систоком.Если в отсутствии напряжения на затворе приложить между истокоми стоком напряжение Uси любой полярности, то через канал потечет ток,представляющий собой поток электронов. Через подложку ток не потечет,так как один из p-n-переходов будет находиться под действием обратногонапряжения.ОглавлениеПри подаче на затвор отрицательного напряжения относительноистока, а следовательно и кристалла, в канале возникает поперечноеэлектрическое поле, которое будет выталкивать электроны из областиканала в основание. Канал обедняется основными носителями-электронами, его сопротивление увеличивается, и ток стока уменьшается.Чем больше отрицательное напряжение на затворе, тем меньше этот ток.Такой режим называется режимом обеднения.При подаче на затвор положительного напряжения, относительноистока, направление поперечного электрического поля изменится напротивоположное, и оно будет, наоборот, притягивать электроны изобластей истока и стока, а также из кристалла полупроводника.Проводимость канала увеличивается, и ток стока возрастает.
Такой режимназывается режимом обогащения.Рассмотренныйтранзистор, таким образом,может работать как в режимеобеднения, так и режимеобогащениятокопроводящегочтоканала,иллюстрируютвыходныеегохарактеристики(рис. 4.7, а) и характеристикауправления (рис. 4.7, б).Выходные характеристики МДП-транзистора подобны выходнымхарактеристикам полевого транзистора с управляющим p-n-переходом. Этообъясняется тем, что при увеличении напряжения Uси от нуля сначаладействует закон Ома и ток растет практически прямо пропорциональнонапряжению, а затем при некотором напряжении Uси канал начинаетсужаться, в большей мере возле стока, т. к.
на р-n-переходе между каналоми кристаллом увеличивается обратное напряжение, область этого перехода,обедненнаяносителями,расширяетсяисопротивлениеканалаувеличивается. В результате этого ток стока испытывает два взаимнопротивоположных процесса и остается практически постоянным до такогонапряжения Uси, при котором наступает электрический пробой.Есликристаллполупроводникаполевоготранзистораимеетэлектропроводность n-типа, токопроводящий канал должен быть р-типа.Приэтомполярностьнапряженийнеобходимоизменитьнапротивоположную.Полевые транзисторы со встроенным каналом на электрическихсхемахизображаютусловнымиграфическимиобозначениями,приведенными на рис.
4.8.Транзистор с индуцированным (инверсионным) каналомУстройство такого транзистора показано на рис 4.9. От предыдущеготранзистора он отличается тем, что у него нет встроенного канала междуобластями истока и стока. При отсутствии нaпpяжeния на затворе ток междуистоком и стоком не потечет ни при какой полярности нaпpяжeния, так какодин из р-n-переходов будет обязательно заперт. Если подать на затворнапряжениеположительнойполярности относительно истока, то поддействием возникающего поперечногоэлектрическогополяэлектроныизобластей истока и стока, а также изобластейкристалла,перемещатьсявбудутприповерхностнуюобласть по направлению к затвору. Когда напряжение на затворе превыситОглавлениенекоторое пороговое значение, то в приповерхностном слое концентрацияэлектронов повысится настолько, что превысит концентрацию дырок в этойобласти и здесь произойдет инверсия типа электропроводности, т.
е.образуется тонкий канал n-типа и в цепи стока появится ток. Чем большеположительное напряжение на затворе, тем больше проводимость канала ибольше ток стока.Такимобразом,такой транзистор можетработатьтольковрежиме обогащения. Видеговыходныххарактеристикихарактеристикиуправления показаны нарис. 4.10.Если кристалл полупроводника имеет электропроводность n-типа, тообласти истока и стока должны быть р-типа. Такого же типа проводимостибудет индуцироваться и канал, если на затвор подавать отрицательноенапряжение относительно истока.Графическое изображение полевых транзисторов с изолированнымзатвором показано на рис 4.11.В последнее время МДП-транзисторы всё чаще обозначают термином,заимствованным из зарубежной литературы, - MOSFET (Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor).Выводы:Полевойтранзисторсизолированнымзатвором-этополупроводниковый прибор, в котором управляющий электрод отделен оттокопроводящего канала слоем диэлектрика.В отличие от полевого транзистора с управляющим p-n-переходомвходное сопротивление полевого транзистора с изолированным затворомостается очень большим при любой полярности поданного на входнапряжения.Полевые транзисторы со встроенным каналом могут работать как врежиме обеднения, так и в режиме обогащения канала свободныминосителями заряда.Полевые транзисторы с индуцированным каналом могут работатьтолько в режиме обогащения.Основными достоинствами полевого транзистора являются егобольшое сопротивление по постоянному току и высокая технологичность.Последнее обусловливает широкое применение полевых транзисторов приразработке микросхем.Сравнение МДП- и биполярного транзистораМДП-транзисторыибиполярныетранзисторывыполняютодинаковые функции: работают в схеме, или в качестве линейногоусилителя, или в качестве ключа.
В табл. 4. 1 приведено краткоеобобщающее сравнение транзисторов этих двух типов.Таблица 4. 1Свойства биполярных и МДП-транзисторовБиполярные транзисторыМДП-транзисторыФизические свойстваУправляемый физический процесс Управляемый физический процесс инжекция неосновных носителей заряда: эффект поля, вызывающий изменениеизменяется ток управления - изменяется концентрации носителей заряда в канале:поток инжектированных носителей заряда, изменяется управляющее напряжение что приводит к изменению выходного тока.
изменяется проводимость канала, чтоприводит к изменению выходного тока.ОглавлениеВыходнойтокобеспечиваетсяВыходнойтокобеспечиваетсяносителями заряда обоих знаков (дырками и основными носителями заряда одного знакаэлектронами).(или дырками, или электронами).Низкаятеплостойкость:сВысокаятеплостойкость:ростувеличением тока растет температура температурыструктурыприводиткструктуры, что приводит к большему увеличению сопротивления канала, и токувеличению тока.уменьшается.Особенности эксплуатацииПрибор управляется током, т. к. наПрибор управляется напряжением,входе имеется прямосмещенный p-n- входное сопротивление очень велико, т.
к.переход и входное сопротивление мало.входная цепь от выходной цепи изолированадиэлектриком.ОтносительнонебольшойОченьбольшойкоэффициенткоэффициент усиления по току.усиления по току.Необходимость специальных мер поВысокая помехоустойчивость.повышению помехоустойчивости.Высокая вероятность саморазогрева иНизкаявероятностьтепловоговторичного пробоя: сужение области саморазогрева и вторичного пробоя безопасной работы (ОБР).расширение ОБР.Высокая чувствительность к токовымНизкая чувствительность к токовымперегрузкам.перегрузкам.В настоящее время полевые транзисторы вытесняют биполярные вряде применений.
Это связано с тем, что, во-первых, управляющая цепьполевых транзисторов потребляет ничтожную энергию, т. к. входноесопротивление этих приборов очень велико. Как правило, усилениемощности и тока в МДП- транзисторах много больше, чем в биполярных.Во-вторых, вследствие того, что управляющая цепь изолирована отвыходнойцепи,значительноповышаютсянадежностьработыипомехоустойчивость схем на МДП-транзисторах.
В-третьих, МДПтранзисторы имеют низкий уровень собственных шумов, что связано сотсутствиеминжекцииносителейзаряда.В-четвертых,полевыетранзисторы обладают более высоким быстродействием, т. к. в них нетинерционных процессов накопления и рассасывания носителей заряда.
Врезультате мощные МДП-транзисторы все больше вытесняют биполярныетранзисторы там, где требуется высокое быстродействие и повышеннаянадежность работы.ОднакоМДП-транзисторыимеютинедостатки.Во-первых,вследствие высокого сопротивления канала в открытом состоянии МДПтранзисторы имеют большее падение напряжения, чем падение напряженияна насыщенном биполярном транзисторе. Во-вторых, МДП-транзисторыимеют существенно меньшее значение предельной температуры структуры,равное 1500С (для биполярных транзисторов 2000С).К числу основных недостатков мощных МДП-транзисторов такжеследует отнести вредное влияние на его работу ряда паразитных элементов,возникающих в структуре транзистора на стадии его изготовления. ВсебазовыеячейкимощногоМДП-транзисторасодержатвнутренний«паразитный» биполярный n-р-n-транзистор (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
