Полевые транзисторы с изолированным затвором

Полевые транзисторы с изолированным затвором отличаются от полевых транзисторов с управляющим р - п переходом тем, что электрод затвора изолирован от полупроводниковой области канала слоем диэлектрика. Эти транзисторы имеют структуру металл – диэлектрик – полупроводник и называются кратко МДП-транзисторами. Если в качестве диэлектрика используется оксид кремния, то их называют также МОП-транзисторами. Сопротивление канала изменяется за счет изменения концентрации подвижных носителей в поверхностном (подзатворном) слое полупроводника под действием внешнего электрического поля. Поле создается напряжением, которое прикладывается к затвору. Затвор – это металлический электрод, который отделен от поверхности полупроводника слоем тонкой диэлектрической пленки. Наличие пленки позволяет подавать на затвор либо положительное, либо отрицательное напряжение. Ток через затвор в обоих случаях отсутствует. Транзисторы подразделяется на два класса:

а) со встроенным (проводящим) каналом;

б) с индуцированным (непроводящим) каналом.

6.2.1 Полевой транзистор со встроенным каналом

Структура транзистора приведена на рисунке 6.5.

Здесь р⁺ –- область с повышенной концентрацией примесей; Д – диэлектрик; Ме – металл; И – исток; С– сток; З – затвор.

При U_си ≠ 0 и = 0 течет ток стока I_с.

При <0 в канал притягиваются дырки – режим обогащения, ток I_с растет.

При >0 от затвора отталкиваются дырки – режим обеднения, ток I_с снижается.

Стокозатворные характеристики транзистора приведены на рисунке 6.6,а).

Выходные характеристики транзистора - на рисунке 6.6,б). Как видно из рисунков, характеристики МДП-транзистора похожи на характеристики унитрона, но при Uз < 0 ток I_с растет.

 

 

 

6.2.2 Транзистор с индуцированным каналом (рисунок 6.7)

В этом транзисторе отсутствует структурно выраженный канал.

При Uз =0, , так как отсутствует проводимость между стоком и истоком. Здесь имеет место два встречновключенных р - п переходов.

При Uз > 0 электроны притягиваются к поверхности . Режим обеднения не применяется.

При Uз < 0 притягиваются дырки и образуется индуцированный канал К, по которому течет ток.

Наиболее широко используется транзистор с индуцированным р каналом из- за простоты изготовления.

 

Технология изготовления – диффузия примесей с использованием литографии, эпитаксиального наращивания, напыления тонких пленок.

 

Некоторые типовые значения параметров МДП-транзисторов следующие: крутизна характеристики S = 0,1…3 мА/В; выходное сопротивление R_i =10⁵...10⁷ Ом; коэффициент усиления μ;=1…100; входное сопротивление ; .

При может быть пробой оксидного слоя затвора и транзистор необратимо повреждается. Такие перенапряжения могут возникнуть из–за высокого входного сопротивления и малой входной емкости. Особенно опасны статические заряды, которые могут привести к пробою даже при касании его рукой. Поэтому при пайке МДП-транзистора надо заземлять паяльник, прибор и самого монтажника. Для защиты МДП-транзистора между затвором и подложкой включают стабилитроны. При этом уменьшается входное сопротивление до R_вх полевых транзисторов с управляющим р - п переходом.

Полевые транзисторы могут быть включены по схеме с общим затвором (ОЗ), с общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Отличительным свойством полевых транзисторов является то, что управляющим сигналом является не ток, а напряжение в цепи затвор – исток.

Полевые транзисторы успешно применяют в различных усилительных и переключающих устройствах, их часто используют в сочетании с биполярными транзисторами.

Достоинствами транзисторов с изолированным затвором являются:

а) высокое входное сопротивление - R_вх = (с р - п переходом); R_{вх мдп} = ;

б) высокое быстродействие и термостабильность, так как ток образуется основными носителями – отсутствует инжекция и экстракция;

в) простота и технологичность изготовления;

г) малые габариты и площадь;

д) шире функциональные возможности, можно использовать в качестве резистора, емкости, диода – технологически эффективные ИС;

е) гальваническая развязка входной и выходной цепи;

ж) возможность работы без специального смещения (упрощает ИС);

и) малый уровень шумов;

к) возможность параллельной работы без специального выравнивания, благодаря термоустойчивости.

Недостатками являются:

а) низкая добротность;

б) низкая временная стабильность из-за старения (ухудшаются свойства диэлектрика);

в) необходимость принятия мер предосторожности из-за возможности пробоя тонкого слоя диэлектрика статическим или наведенным зарядом;

г) ухудшение частотных свойств из-за большой входной емкости.

В таблице 6.1 приведены условные графические обозначения полевых транзисторов.

Таблица 6.1

Наименование прибора	Обозначение
Полевой транзистор с управляющим р-п переходом с n-каналом
Полевой транзистор с управляющим р - п переходом с p -каналом
Полевой транзистор с изолированным затвором со встроенным n ‑каналом
Полевой транзистор с изолированным затвором со встроенным p ‑каналом
Полевой транзистор с изолированным затвором с индуцированным n ‑каналом
Полевой транзистор с изолированным затвором с индуцированным p ‑‑каналом