Полевые транзисторы

С изолированным затвором (МДП)
Принцип действия :
Полевые транзисторы
Физической основой работы полевого транзистора со структурой металл-диэлектрик-полупроводник является эффект поля, который состоит в том, что под действием внешнего электрического поля изменяется концентрация свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника. Внешнее поле обусловлено приложенным напряжением на металлический электрод- затвор. В зависимости от знака и величины приложенного напряжения присутствуют четыре состояния области пространственного заряда полупроводника:
обогащение, обеднение, слабая и сильная инверсия. В области инверсии концентрация неосновных носителей заряда в канале выше, чем концентрация основных носителей в объеме полупроводника. Изменяя величину напряжения на затворе, можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и тем самым модулировать сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи вызовет изменяющийся в соответствии с изменением сопротивления канала ток стока т. е. будет реализован эффект усиления.

С изолированным затвором (МДП)
Расположение зарядов :
Полевые транзисторы

С изолированным затвором (МДП)
Со встроенным каналом
Полевые транзисторы
Если на затвор транзистора со встроенным n- каналом подано отрицательное напряжение, то в канале создается поле, под влиянием которого электроны выталкиваются из канала, обедняя его основными носителями. Чем меньше носителей, тем меньше тока в кана-ле. Если на затвор подано положительное напряжение, то электрическое поле втягивает электроны в канал, обогащая его основными носителями. Таким образом, меняя величину и полярность напряжения Uзи можно, как и в транзисторе с управляющим p-n – переходом, менять величину проводимости канала.
Проводимость канала в МДП-транзисторе меняется не за счет изменения поперечного сечения канала, а за счет изменения концент-рации носителей в нем под действием напря-жения на затворе. МДП-транзистор со встро-енным каналом может работать как при отри-цательном, так и при положительном напря-жении на затворе.

С изолированным затвором (МДП)
Со встроенным каналом
Полевые транзисторы
Характеристики:
Характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом:
а) выходные (стоковые);
б) прямой передачи (стоко - затворные).

С изолированным затвором (МДП)
С индуцированным каналом
Полевые транзисторы
В МДП-транзисторе с индуцированным кана-лом в исходном состоянии между истоком и стоком отсутствует токопроводящий канал, который индуцируется только при соответст-
вующем напряжении на затворе, называемом пороговым напряжением U0. При подаче на затвор положительного напряжения возника-ющее электрическое поле отталкивает дырки от поверхности в глубь p-полупроводника. И при дальнейшем увеличение положительного напряжения на затворе приповерхностная область p–полупроводника продолжает обед-няться дырками т.е. у поверхности p-полупро-водника образуется тонкий слой с инверсной электронной проводимостью. В этом слое под действием электрического поля накапливают-ся электроны между стоком и истоком, и фор-мируется n-канал. Изменяя напряжение на затворе, изменяем концентрацию электронов в канале и управляем проводимостью канала.

С изолированным затвором (МДП)
С индуцированным каналом
Полевые транзисторы
Характеристики:
Характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом:
а) выходные (стоковые);
б) прямой передачи (стоко – затворные).
Зависимость
описывает выходную характеристику МДП-транзистора до перехо-да в режим насыщения, т.е. при Uси<=Uзи – U0=Uнас. Зависимость Iс= b(Uзи - Uo)2 описы-вает передаточную ха-рактеристику транзис-тора с индуцированным каналом (b -удельная крутизна характерис-тики МДП-транзистора, обуcловленная геометрией канала); типичные значения: b=0,1….0,2 mA/В2.

С управляющим p-n переходом
Полевые транзисторы
На подложке из p-кремния создается тонкий слой полупроводника n –типа, выполняющий функцию токопроводящей области (канала). Канал изолиро-ван p-n переходами от подложки и затвора. Затвор используется для управления величиной попереч-ного сечения канала. На концах канала находятся – сильно легированные n+ - области, благодаря которым формируется омический контакт с метал-
лическими электродами стока и истока.При подклю-чении положительного напряжения Uси между сто-ком и истоком возникает дрейфовое движение ос-новных носителей заряда (электронов) от истока через канал к стоку. Появится ток стока Iс, который будет максимальным (Iс мах) при полностью открытом канале, то есть при Uзи=0.При подаче отрицательного напряжения на затвор (Uси<0) за-
пирающий слой расширяется, канал сужается, уве-личивается его сопротивление, уменьшается ток стока Iс. Отрицательное напряжение на затворе, при котором независимо от напряжения на стоке произойдет перекрытие канала, называется напря-жением отсечки тока стока (Uотс<0).Подложка может служить вторым управляющим электродом. Напряжение на p-n переходе вблизи истока будет равно Uзи, а вблизи стока Uзи+Uси и область запирающего слоя у стокового конца расширится.

С управляющим p-n переходом
Полевые транзисторы
Характеристики:
А) выходные характеристики:
Iс=f(Uси) при Uзи=const и
В) характеристика прямой передачи:
Iс=f(Uзи) при Uси=const

С управляющим p-n переходом
Полевые транзисторы
Характеристики:
Расчет:
Теоретически выходная (стоковая) характеристика (начальный участок) описывается уравнением :
при Uси <=Uси нас=Uотс – Uзи;
-сопротивление канала. Передаточная характеристика полевого транзис-тора в режиме насыщения (Uси>Uси нас) аппроксимируется зависи-мостью
В качестве параметров полевого транзистора используют следующие величины (для схемы с ОИ): выходное дифференциальное сопротивление
Крутизна характеристики прямой передачи
Статический коэффициент усиления