Лабораторные работы по электронике

Упрощенная структура МДП–транзистора с индуцированным каналом p-типа показана на рис. 1.5,а. В полупроводнике n-типа, называемом подложкой, методом диффузии образованы две p+-области, не имеющих между собой электрического соединения. Одна из них называется стоком, другая – истоком. Эти области отделены друг от друга двумя включенными встречно p-n-переходами, образованными на границах p- и n-областей. Поэтому если между стоком и истоком включить источник постоянного напряжения Uси, то в цепи пойдет очень маленький ток, обусловленный обратным током p-n-переходов.

Рис. 1.5. Структура кристалла полупроводника МДП–транзистора

с индуцированным каналом p-типа

Если к металлическому затвору приложить отрицательное напряжение, относительно подложки (рис. 1.5,б), то под действием электрического поля начнется оттеснение электронов от поверхности полупроводника, расположенной напротив затвора, в глубь полупроводника. В результате этого в приповерхностном слое образуются свободные уровни – дырки. При некотором значении внешнего напряжения на затворе концентрация дырок в этом слое может оказаться больше, чем концентрация электронов. В этом случае произойдет инверсия типа электропроводности. Слой с инверсной дырочной электропроводностью, отделенный от полупроводника n-типа областью, обедненной свободными носителями заряда, соединяет p+-области стока и истока, т.е. служит каналом.

Если между стоком и истоком включить внешний источник напряжения Uси, то при некотором значении напряжения на затворе, которое называется пороговым (Uзи пор), в цепи сток-исток пойдет электрический ток. В канале транзистора этот ток обусловлен движением дырок. Так как дырки должны двигаться от истока к стоку, источник внешнего напряжения Uси следует подключать отрицательным полюсом к стоку, а положительным – к истоку (рис. 1.5,б). Из-за падения напряжения на канале при прохождении по нему тока электрическое поле вблизи истока оказывается больше, чем вблизи стока, вследствие чего канал у истока шире, чем у стока.

При увеличении отрицательного напряжения на затворе глубина проникновения инверсного слоя в полупроводник будет увеличиваться. Это приведет к увеличению электропроводности канала и к росту тока стока. Режим работы полевого транзистора, при котором увеличение абсолютного значения напряжения на затворе приводит к увеличению тока стока, называется режимом обогащения. Следовательно, МДП–транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обогащения и поэтому называются полевыми транзисторами обогащенного типа.

Если на затвор МДП–транзистора с рассмотренной структурой подать положительное напряжение, произойдет приток электронов к поверхности полупроводника, p+-области стока и истока окажутся разделенными областью с электропроводностью n-типа и ток стока уменьшится до очень малого значения, определяемого обратным током p-n-переходов, включенных навстречу друг другу.

Статические стоковые (выходные) характеристики и статические характеристики управления МДП–транзистора с индуцированным каналом p-типа показаны на рис. 1.6. Статические выходные характеристики МДП–транзистора с индуцированным каналом (рис. 1.6,а), выражающие зависимость  при напряжении  снимаются при напряжениях на затворе, превышающих пороговое значение. Если бы с ростом напряжения Uси ширина индуцированного канала не изменялась, т.е. его сопротивление оставалось бы постоянным, то зависимость  была бы линейной. Однако при увеличении тока стока увеличивается падение напряжения на сопротивлении канала, вследствие чего канал вблизи стока сужается. Когда ток стока достигает определенного значения, канал вблизи стока почти перекрывается и происходит ограничение тока стока также как в транзисторах с управляющим p-n-переходом. При увеличении отрицательного напряжения на затворе стоковые характеристики смещаются вверх. Это обусловлено увеличением ширины канала и его электропроводности.

Рис. 1.6. Семейство стоковых (выходных) характеристик (а) и характеристики управления (б) МДП-транзистора

с индуцированным каналом p-типа

Выходные характеристики МДП–транзисторов с индуцированным каналом описываются следующими аналитическими зависимостями:

в крутой области

  в пологой области

  (1.7) 

где β – коэффициент с размерностью (А/В2), зависящий от размеров кристалла и материала диэлектрика.

Статические характеристики управления МДП–транзистора с индуцированным каналом (рис.1.6,б) выражают зависимость  при напряжении  Эти характеристики обычно приводятся для режима насыщения и описываются уравнением (1.7). Они могут быть получены путем перестроения выходных характеристик для заданного значения Uси.

Условные графические изображения и схемы включения МДП–транзисторов с индуцированным каналом представлены на рис. 1.7. В данных полевых транзисторах канал обозначается вертикальной пунктирной линией.

Рис. 1.7. Условное графическое изображение и схема включения

 а) МДП-транзистора с индуцированным каналом p-типа,

 б) – n-типа.


На главную