Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 18
Текст из файла (страница 18)
В транзисторах этого вида затвор представляет собой металлический слой, электрически изолированный от полупроводниковой области проводящего канала тонким слоем диэлектрика. Структура такого полевого транзистора металл— диэлектрик — полупроводник обусловила его название — МДП- транзистор. МДП-транзнсторы изготовляют на основе кремния. Чаще всего в качестве диэлектрика используется тонкая пленка окисла кремния ЯОт.
Получается структура металл — окнсел— полупроводник, называемая МОП-транзистором. В зависимости от технологии изготовления различают две разновидности МДП-транзнсторов: со встроенным каналом, созданным в процессе изготовления, н с нндуцнрованным каналом, который наводится электрическим полем под действием напряжения на затворе.
Канал может быть р-тнпа н п-тнпа. Типовые структуры полевых транзисторов н схема включения представлены на рнс. 1.41. Для сравнения на рнс. 1.41, а дана структура с управляющим р-и переходом. МДП-транзнстор со встроенным каналом. В транзисторе со встроенным каналом п-тнпа (рнс. 1.41, б) исходным материалом служит кремниевая пластина р-тнпа, называемая подложкой.
В ней создаются области и+-тнпа с большой концентрацией донорной примеси, образующне исток н сток, а между ними— тонкий прнповерхностный слой и-тнпа с малой концентрацией примеси, являющийся токопроводящнм каналом. На поверхности кристалла создается тонкая пленка окисла кремния о(Ох, которая изолирует затвор от канала, а также защищает кристалл от внешних воздействий. Металлические контакты с внешними выводами осуществляются от областей стока н истока, от металлического затвора, а также в некоторых случаях от подложки. Чаше всего вывод от подложки электрически соединяют с истоком.
Принцип действия МДП-транзнстора со встроенным каналом основан на изменении проводимости канала под действием по- зв -и вход Рис. !.4!, Структуры полевых транзисторов с каналом л-типа: а — с управляющим и-и переходом; б — с изолированным затвором и встроенным каналом; в — с изолированным затвором и индуиированным каналом; г— схема включения МПД-тран- зистора н„ !!а ои з! (рнс. 1.42, а) аналогичен соответствующей характеристике транзистора с р-и переходом: ее начальный участок — почти линейный, круто восходящий.
По мере увеличения К„канал к стоку сужается, проводимость его уменьшается, происходит плавный переход к режиму насыщения — к пологому рабочему участку. Прн увеличении К„выше максимально допустимого наступает пробой. Прн подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока К„ ~ О электрическое поле затвора отталкивает электроны, вытесняя их нз канала в область подложки. Канал обедняется основными носителями заряда, проводимость его уменьшается, а значит, уменьшается н ток стока 1,; стоковая характеристика располагается ниже. Чем больше отрицательное напряжение затвора по абсолютной величине, тем меньше проводнмость канала, ток через транзистор н тем ниже идет стоковая характеристика. Прн подаче на затвор положительного напряжения К„) О (о (с (о 15 ю 6 В 1)зи В 62 в транзисторе с каналом и-типа электрическое поле затвора притягивает электроны, втягивая их в канал из р-слоя и п-слоев истока и стока; канал обогащается основными носителями заряда, и проводимость его увеличивается.
С повышением положительного напряжения на затворе возрастает ток стока г',. Чем больше положительное значение К„, при котором снимается стоковая характеристика, тем выше она располагается. При увеличении К„ до некоторой величины происходит лавинный пробой транзистора (1, резко возрастает) вследствие пробоя 5 1О 15 20 оси В -0,4 -0,2 0 02 04 Озн В а б Рис.
1.42. Семейство стоковых характеристик (и) и стоко-затворнаи характеристика (б) МЙП-транзистора со встроенным каналом и-типа участка сток — затвор вблизи стока. При отрицательном (гы напряжение сток — затвор у стока возрастает, поэтому пробой наступает при меньших значениях напряжения сток — исток (),„. Из рассмотрения принципа действия МДП-транзисторов со встроенным каналом следует, что управляющее действие затвора осуществляется как в режиме обеднения канала основными носителями заряда, так и в режиме обогащения. Стока-затворная характеристика МДП-транзистора со встроенным каналом (рис.
1.42, б) отражает зависимость тока стока от напряжения затвор — исток. Она характеризует управляющее действие затвора и снимается при постоянном напряжении сток — исток. Для транзисторов с каналом п-типа в соответствии с рассмотренными процессами при (),. = 0 ток имеет определенное значение; с увеличением положительных напряжений (),„) 0 ток растет (режим обогащения), а с увеличением отрицательных значений (),„(О ток уменьшается (режим обеднения). При некотором значении отрицательного напряжения зат- ВОР ИСТОК раВНОМ НаПРЯжЕНИЮ ОТСЕЧКИ (/зн = (/гинтс ЭЛЕКТРО" ны будут полностью вытеснены из канала, т. е.
канал исчезнет, а ток через транзистор упадет до нуля; транзистор закроется. МДП-транзистор с индуцированным каналом. Структура та- кого транзистора показана на рис. !.41, в. В отличие от транзистора со встроенным каналом здесь первоначально на подложке р-типа создаются только области и-типа истока и стока, а канал не создается.
Поэтому при отсутствии управляющего напряжения на затворе ((),„ = 0) транзистор остается закрытым независимо от величины и полярности напряжения сток— исток. Это объясняется тем, что при любой полярности (г,„ оба р-и перехода (исток — подложка и сток — подложка) находятся под обратным напряжением, а канал отсутствует. 5 10 15 20 Оси, В 2 4 а Рис. 1.43. Семейство стоковых характеристик (о) и стоко-затворнаи характеристика (б) МДП-транзистора с индупированным каналом л-типа При подаче на затвор положительного напряжения относительно истока К„ ) 0 электрическое поле затвора отталкивает дырки подложки от приповерхностного слоя под затвором в глубину полупроводника, а электроны притягивает в этот слой к границе с диэлектриком.
Это приводит к изменению типа электропроводности тонкого слоя у границы на противоположный (инверсия), т. е. образуется — индуцируется — проводящий канал и-типа. С повышением положительного напряжения на затворе концентрация электронов в индуцированном канале возрастает, растет проводимость канала, а следовательно, и ток стока через него. При снижении положительного напряжения (гы происходят обратные процессы: концентрация электронов в канале падает, и ток уменьшается. Напряжение на затворе, при котором ток становится равным нулю прн данном значении (г',„, называется пороговым напряжением (),„з„. При отрицательном напряжении на затворе канал н-типа не индуцируется; транзистор данного типа остается закрытым. Таким образом, МДП-транзисторы с индуцированным каналом работают только в режиме обогащения. Семейство стоковых (выходных) характеристик МДП-транзистора с индуцированным каналом и-типа приведено на рис.
1.43, а. По виду характеристики такие же, как для полевых Контрольные вопросы Глава 4.8 тмристоры н уэ 85 транзисторов с р-и переходом и МДП-транзисторов со встроенным каналом, но их расположение с изменением постоянного значения К„ иное: при (1,„ = 0 ток Р, = О, поэтому характеристика сливается с осью абсцисс, как и прн увеличении постоянного положительного значения (1,. от 0 до (1,„ = ((,„„,т. С увеличением значения К„, при котором снимается характеристика, начиная с (1,„) (1,„„„„, стоковые характеристики идут выше. Стока-затворная характеристика (рис.
1.43, б) выходит из точки на оси напряжений, соответствующей пороговому значению напряжения затвор — исток (1,„н., идет сначала полого, а затем практически линейно круто вверх. Рис. (.44. Условные графические обозначения МЙП-транзисторов со встроенным (а] н иидуцированным (и) каналом: 1 — с каналам и-типа; 2 с каналом р-тнпа; 3 — с каналом и-типа и выводом от подложки; 4 — с каналом р-типа и выводом от подложки Преимуществом МДП-транзисторов перед полевыми транзисторами с управляющим р-и переходом являются гораздо большее входное сопротивление, достигающее 10гз — 10" Ом, существенно меньшие междуэлектродные емкости, а также возможность получения большей крутизны (до десятков миллиампер на вольт) за счет уменьшения толщины диэлектрического слоя и других конструктивных мер.
На рис. 1.44 приведены условные графические обозначения МДП-транзисторов. Полевые транзисторы, особенно МДП-транзисторы, получили широкое применение в интегральных микросхемах благодаря более удобной технологии их изготовления, высокому входному сопротивлению, малому собственному шуму, низкой стоимости, возможности работы при более высоких напряжениях, чем биполярные транзисторы, а также большому коэффициенту усиления напряжения и мощности. Система обозначений полевых транзисторов такая же, как биполярных, но вторым элементом является буква П. Например, КП302Б, КПЗБОВ. Вид структуры полевого транзистора данного типа указывается в справочниках вместе с параметрами и харак- теристиками. (. Какой прибор называют полевым транзистором, какие существуют виды полевых транзисторов и чем отличается их устройство? 2.
Объясните принцип действия каждого вида полевых транзисторов. 3. Нарисуйте стоковые характеристик~ каждого вида полевых транзисторов и объясните, чем они отличаются. 4. Нарисуйте стоко-затворные характеристики каждого вида полевых транзисторов н объясните, чем они отличаются. б. Покажите, как определяются по характеристикам основные параметры полевых транзисторов. б. Приведите примеры обозначения биполярных и полевых транзисторов в зависимости от мощности и частоты. 1.6.1. Устройство и принцип действия тиристора Тиристоролс называют полупроводниковый прибор, имеющий трн или более р-и переходов, который может переключаться нз закрытого состояния в открытое и наоборот.
Типичная структура тиристора — четырехслойная, с чередующимися слоями полупроводника р-типа и и-типа: рщппрт-пт (рнс. 1.45, а). На основе этой структуры в зависимости от числа б Рис. Ь45. Тнристор: а -- упрощенная структура: б — схематиче- ское устройство; 1 — алюминий; 2 — молибден; 3-- золото-сурьма выводов могут быть изготовлены два типа тиристоров: диодные, называемые динисторажи, и триодные, называемые тринисторами. Диодные тирнсторы имеют два вывода; от наружного слоя р~ — вывод анода А; от наружного слов па — вывод катода К Триодные тиристоры имеют три вывода: кроме указанных основ- -р) з, т, р-и-р Б, с!обр ! П () пр и, Кг Б Тг г и -.и-п Эг як пг 0пр п Ообр с!обр о ар "з р - и,] б а б в 87 ных выводов катода и анода — вывод управляюа(его электРода УЭ от одного из внутренних слоев рг или л!. Схематическое устройство тиристора показано на рис.
1.45, б. Исходным материалом служит кремний п-типа, в кристалле которого создается структура р-и-р-и. Слои Р, и пг имеют большую концентрацию примесей, а р! и особенно и! — меньшую. Пластину кремния с готовой четырехслойной структурой припаивают к кристаллодержателю. Контактные плошадки создают металлизированием, а соединение их с внешними выводами осуществляется через вольфрамовые прокладки. Герметизированный корпус предохраняет кристалл от воздействия окружающей среды.
Рис. 1.46. Схема включения тиристора без цепи управления (и); напряжения на р-и переходах при включении в обратном (б) и прямом (и) направ- лениях Принцип действия тиристора удобно рассмотреть сначала без влияния цепи управления, т. е. для включения его как динистора (рис. 1.46, а). Схема включения имеет только одну цепь между выводами анода и катода. Положительное анодное напряжение является прямым напряжением тиристора, а отрицательное— обратным. Между каждой парой соседних слоев, имеющих разные типы электропроводности, создается р-л переход.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
