1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Этоявление мы обсудим ниже, при рассмотрении характеристикприбора.Статические характеристики. Полевой транзистор, как и биполярный, можно представить в виде эквивалентного четырехполюсника. В условиях работы транзистора с сигналами малыхамплитуд такой четырехполюсник можно считать линейным.Поскольку полевой транзистор — прибор, управляемый напряжением, для него, как и для электронных ламп, рациональноизбрать систему уравнений с у параметрами:(13-1)Для наиболее употребительной схемы включения ОИ токии напряжения в четырехполюснике имеют следующий смысл:h — I з!= U зи! ¿2 " I с! иг = ¿/сиСистема у-параметров служит основной системой параметровполевого транзистора.В соответствии с системой уравнений (13-1) в качестве статических характеристик полевого транзистора могут быть использованы следующие функциональные зависимости между токамии напряжениями электродов прибора:la — fi (U зи) |с/си = const(13-2)— входная характеристика;1 з = и (U си) |изя = const(13-3)— характеристика обратной передачи;I c = 9i (¿/зи) ¡ис и = const(13-4)— характеристика прямой передачи;I С = фг (¿/си) ¡С7ЗИ= const(13-5)— выходная характеристика.Обычно для полевого транзистора используются лишь двепоследние характеристики.
Рассмотрим эти характеристики болееподробно.Выходные (стоковые) характеристики служат основным семейством характеристик полевого транзистора (рис. 13-4).Рассмотрим кривую / с = / (¿/си) при ¿/зи = 0 . Вначалепри малых значениях ¿/си ток / с увеличивается с ростом ¿/сипочти по линейному закону. Некоторое отклонение этого участкахарактеристики от прямолинейной зависимости объясняется сужением канала у стокового конца, где напряжение на переходеравно ! Е/зи \+ 17си> и как следствие увеличением сопротивленияканала. При дальнейшем увеличении напряжения ¿/си наступаеттак называемый режим насыщения: рост тока / с с увеличениемII си почти прекращается (пологий участок характеристики).Это происходит в результате дальнейшего сужения канала у стокового конца.
При достаточно больших напряжениях ¿/си каналстягивается в узкую полоску (горловину). Наступает своеобразное' динамическое равновесие: увеличение напряжения ¿/с ии соответствующий рост тока / с вызывают дальнейшее сужениеканала, которое в свою очередь уменьшает ток, и наоборот.Напряжение на стоке, при котором наступает этот режим, называется напряжением насыщения ¿/си нас-Таким образом, при 17с и = ^ с и н ас и 1^зи| < |Е/зи о т с ! наблюдается почти такой же эффект, как при подаче на затвор отрицательного напряжения £/3и = — ^зи отс» 110 ПРИ и си < ^ си н а сОтличие заключается лишь в том, что в последнем случае сопротивление канала /?к -> °° и транзистор запирается, а в режиме насыщения стремится к бесконечности дифференциальноесисопротивление канала гкаН- ДИф =. Поскольку влияние на< 11 гпряжений и зи и ?7си на ширину канала у стоковогопрактически одинаково, можно записать:и СИ нас =| ^ З И о т с |— | ^ З И !•конца(13-6)Некоторый рост тока в режиме насыщения объясняется следующим образом.
С увеличением напряжения £7си удлиняетсягорловина канала (рис. 13-5).Кроме того, с увеличением {/сиполе в горловине канала достигает такого значения, приСтокРис. 13-4. Выходные (стоковые)характеристикитранзистора суправляющим р -п переходом.Рис.13-5.И зменениеформыканала с увеличением напряж ения ¿7Сц -котором подвижность электронов почти не меняется с ростомнапряженности поля. Эти причины приводят к увеличению сопротивления канала, однако оно растет не пропорциональноувеличению напряжения ¿7си! а медленнее. В результате в режименасыщения все же наблюдается слабый рост тока / с .При достаточно высоком напряжении £/Си наблюдается резкий рост тока / с, обусловленный пробоем р-п перехода у стокового конца канала, так как в этой части к переходу оказывается приложенным наибольшее суммарное обратное напряжение.При подаче на затвор отрицательного напряжения режимнасыщения наступает при меньших значениях напряжения настоке (17си нас < ^синас); меньше станет и ток / с , так как поперечное сечение канала уменьшается по всей длине; при меньшихзначениях 17си наступает и пробой перехода.Стоковые характеристики полевого транзистора по своемувиду напоминают анодные характеристики пентода.
Рабочаяобласть, как и в пентоде, соответствует пологим участкамхарактеристик при С/сиЕ7си насЗависимость / с = ср2 (Е7си) описывается соотношением [24]г кан. диф ои,СИ ■и,зи'|3/2- ( ! ^зи1 + ^си)3/21(13-7)З И отс |Здесь гкан диф0 = д[1си/д1с — наименьшее дифференциальноесопротивление канала при 17зи = 0 и Е/си = 0.При подстановке сюда соотношения (13-6) можно получитьвыражение для тока насыщения:I С пас —г кан. диф аи-ЗИ о тсГ •!С/:зи| 1\и,зи I.(13-8)и,ЗИ отс |/.Характеристика прямой передачи (стоко-затворная) полевоготранзистора показана на рис.-13-6. Ток в приборе возникает приусловии |Е/ЗИ|< |*7зиотс1- В режименасыщениянапряжениеII си практически не оказываетвлияния на эту характеристику,-Из*Р и с.
13-6. Характеристикапря м ойпередачи (стокоза творн а я) транзистора суправляю щ им р -п переходом.Рис. 13-7. Входная характеристика транзистора с управляющим р -ппереходом.которая достаточно точно описывается соотношением (13-8) илиболее простой квадратичной зависимостью [24]С н ас'1____ (! С'зиотсЫ Е/зи I)23! ЛЗИ отс |кан. диф о(13-9)Входная характеристика полевого транзистора (рис. 13-7)представляет собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики р-п перехода. Ток затвора (входной ток) зависит от напряжения между стоком и истоком. Наибольшего значения он достигаетпри условии короткого замыкания выводу истока и стока: / 3 == / з ут (/з у т — ток утечки затвора).При отрицательном напряжении С/зи и в режиме холостогохода в цепях сток — исток и сток — затвор в цепи затвор-исток течетобратный ток / 3ио> а в цепи затвор-сток— обратный ток /зсо-В любом из этих случаев обратный ток через переход оченьслабо зависит от напряжения |С/зи!» что, как известно, характернодля обратной ветви характеристики р-п перехода.
Это обстоятельство и обусловливает очень высокое входное дифференциальноед!/дисопротивление прибора Пвх.диф—- ^ — •Параметры полевого транзистора с управляющим р-п переходом мы рассмотрим в конце этой главы, так как они одинаковыдля полевых транзисторов всех типов.13-3. МДП ТРА Н ЗИ С ТО РЫ С И ЗО Л И Р О В А Н Н Ы М ЗАТВОРОММДП транзистор со встроенным каналом.
Устройство этоготранзистора показано на рис. 13-1, б.В подложке — пластине кремния обычно п-типа толщиной150 —200 мкм и удельным сопротивлением р « 110 Ом-смобразованы путем локальной диффузии две области р+- типа (стоки исток) с концентрацией дырок у поверхности 1018—1020 см"3.Расстояние между областями стока и истока, т. е. длина канала,Рис. 13-8. Схемы включения МДП транзистора совстроенным каналом р-типа с общ им и сток ом .а — в режиме обеднения канала; б — в режиме обогащ ения.5—50 мкм, глубина залегания р+-областей составляет 2—3 мкмЭти области соединены тонким (2—5 нм) поверхностным слоем —каналом р-типа.
Поверхность кристалла полупроводника покрытапленкой диэлектрика, обычно двуокисью кремния ЗЮ2, толщиной0,8—2 мкм. Поверх этой пленки, над каналом, нанесена металлическая пленка — затвор — толщиной 5—7 мкм. С помощьютакой же металлической пленки в окнах слоя ЗЮ2 над истокоми стоком образованы контакты к этим областям.Принцип и режимы работы. Характеристики. На рнс. 13-8показаны схемы включения транзистора с общим истоком, нос различной полярностью напряжения на затворе.
Схема на рис.13-8, а соответствует работе транзистора в режиме обедненияканала основными носителями, а схема на рис. 13-8, б — режимуобогащения. В первом случае электрическое поле, создаваемоеположительным относительно подложки потенциалом затвора,выталкивает дырки из канала, обедняя его основными носителями.Во втором случае электрическое поле иного направления втягивает дырки в канал, обогащая его основными носителями.Таким образом, меняя величину и полярность напряжения С/зи,можно, как и в полевом транзисторе с управляющим р-п переходом, изменять величину проводимости канала. Отличие заключается лишь в том, что в МДП транзисторе меняется не поперечное сечение канала, а концентрация носителей в тем.Под действием разности потенциалов между стоком и истоком(— и си) дырки дрейфуют через канал, образуя ток стока / с .
Награнице подложки с р+-областями и каналом образуется р-ппереход, границы запирающего слоя которого на рис. 13-8 пока-Рис. 13-9. Выходные (стоковые) характеристики (а) и характеристика передачи (стоко-затворная) (б) МДП транзистора со встроенным каналом р-типа.заны пунктиром. Разность потенциалов на р-п переходе изменяется от нуля у области истока до напряжения — 17си вблизистока. Таким образом, р-п переход почти на всем его протяжениинаходится под обратным напряжением и движение основныхносителей через переход отсутствует. Это условие остается справедливым для любой полярности напряжения на затворе, изолированном пленкой диэлектрика от кристалла полупроводника.Вследствие этого МДП транзистор со встроенным каналом можетработать как при отрицательном, так и при положительномнапряжении на затворе, в то время как в транзисторе с управляющим р-п переходом напряжение между затвором и кристаллом (на р-п переходе) должно всегда быть обратным.
В соответствиис этими отличиями видоизменяются и характеристики прибора(рис. 13-9).МДП транзистор с индуцированным каналом. Физическиепроцессы. Схема включения прибора с общим истоком показанана рис. 13-10. В отличие от МДП транзистора со встроеннымканалом этот прибор работает лишь при подаче на затвор отрицательного относительно истока и подложки напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
