Полевые транзисторы с изолированным затвором

ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА

Тема № 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Занятие № 11 Лекция
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ
Учебные вопросы:
1. Устройство, принцип действия МДП (МОП) транзистора с встроенным каналом. Статические характеристики. Режимы работы
2. МДП (МОП) транзисторы с индуцированным каналом. Устройство, принцип действия. Статические характеристики, режимы работы
3. Частотные и импульсные свойства полевых транзисторов
.

ЛИТЕРАТУРА:
1 Батушев, В. А. Электронные элементы военной техники связи: учеб. для ВУЗов / М.: Воениздат, 1984. – 201-209,213-217,222-233 с.
2 Покровский, Ф. Н. Материалы и компоненты радиоэлектронных средств: учеб. пособие для Вузов / Ф.Н. Покровский. – М.: Горячая линия –Телеком, 2005. – 295-297,303-305,310-313 с..
3 Аваев, Н. А. [и др.]. Основы микроэлектроники: учебное пособие для ВУЗов / Н.А. Аваев. – М.: Радио и связь, 1991. – 114-123 с.
4 Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие / И.П. Степаненко -2-е изд., перераб. и доп.-М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. –275-278 с.
5 Васильев, А. И. Основы электроники: учеб. пособие / А.И. Васильев, А.А. Бирюков, В.А. Мысловский В.А. Рязань: РВВДКУ, 2010. – 140-150 с.
6 Горошков, Б. И. Электронная техника: учеб пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / Б.И. Горошков, А.Б. Горошков. – 4-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2011. – 54-60 с.

Введение
В данной лекции будут рассмотрены МДП-транзисторы с встроенным и индуцированным каналом. Их достоинством является очень малый ток в цепи затвора, высокая радиационная стойкость и высокое входное сопротивление постоянному току (до 1012 Ом), малый уровень шумов и высокий диапазон рабочих температур. Они являются униполярными транзисторами, поскольку протекание токов в них обусловлено носителями одного знака. Рассмотрим принцип работы этих транзисторов, их характеристики и схемы включения.

В полевых транзисторах канал может быть образован в процессе изготовления транзистора, в зависимости от типа проводимости канала различают МДП-транзисторы с встроенным n- или р-каналом (рисунок 1).
Основанием служит кремниевая пластина с электропроводимостью р-типа. В ней созданы две области с электропроводностью n+- с повышенной проводимостью (сильно легированы). Эти области являются истоком и стоком, от них сделаны выводы. Между истоком и стоком создан тонкий поверхностный канал с электропроводимостью n-типа. Металлическая база изолирована от канала слоем диэлектрика (оксид кремния). Отсюда и сочетание МДП (металл-диэлектрик-полупроводник).
1. Устройство, принцип действия МДП (МОП)
транзистора с встроенным каналом.
Статические характеристики. Режимы работы

Рисунок 1 – МДП-транзистор со встроенным каналом n-типа:
а) устройство,
б) условное графическое обозначение

Рисунок 2 – Схема включения МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа с общим истоком.

Принцип работы МДП-транзистора с встроенным каналом n-типа сводится к следующему. При подаче на затвор положительного напряжения относительно истока под действием поля, созданного этим напряжением, из областей истока и стока, а также из кристалла в канал будут проходить электроны. При этом проводимость канала увеличивается, и ток стока возрастает. Этот режим называют режимом обогащения.

При подаче на затвор напряжения отрицательного относительно истока и относительно кристалла в канале создается поперечное электрическое поле. Под влиянием электрического поля электроны проводимости выталкиваются из канала в области истока, стока и в кристалл. Канал обедняется носителями (электронами), сопротивление его увеличивается, и ток стока уменьшается. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.

Рисунок 3 – Выходные характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа

Передаточная характеристика МДП-транзистора с встроенным каналом показывает зависимость тока стока от напряжения Uзи, при постоянном напряжении Uси, Iс = f(Uзи) при Uси = const. Передаточная характеристика имеет вид
Рисунок 4 – Передаточная характеристика МДП-транзистора
с встроенным каналом n-типа

2. МПД (МОП) транзисторы с индуцированным каналом. Устройство, принцип действия. Статические характеристики, режимы работы
Особенностью полевого МДП-транзистора с индуцированным каналом (рисунок 5) перед рассмотренными ранее является то, что в нормальных условиях отсутствует проводящий канал между стоком и истоком при напряжении Uзи=0.
Рисунок 5 – Структура и условное графическое изображение МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа

Рисунок 6 – Схема включения МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа с общим истоком

Статические характеристики
Передаточная характеристика показывает зависимость тока стока от напряжения затвор-исток при постоянном напряжении сток-исток:
Передаточные характеристики при
определяется выражением:

Рисунок 7 – Передаточная характеристика МДП-транзистора
с индуцированным каналом n-типа

Выходные характеристики
Выходная характеристика полевого транзистора в схеме с общим истоком определяет зависимость тока стока от напряжения Uси при заданных величинах напряжения затвора:

Рисунок 8 – Выходная характеристика МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа по схеме ОИ.

Рисунок 9 – Влияние температуры на передаточные характеристики МДП-транзистора

3. Частотные и импульсные свойства полевых транзисторов
Частотные свойства полевых транзисторов.
Частотные свойства полевых транзисторов обусловлены главным образом влиянием распределенных емкостей и сопротивлений
Рисунок 10 – Емкости переходов МДП-транзистора

Верхней граничной частотой усиления называют такую частоту fв, на которой коэффициент усиления по напряжению КU в схеме с резистивной нагрузкой уменьшается в √2 раз.

Импульсные свойства полевого транзистора
Выключенное состояние транзистора соответствует отсечке канала и обеспечивается выбором достаточно малого напряжения на затворе.
Включенное состояние транзистора соответствует режиму с малым сопротивлением канала.
Быстродействие полевого транзистора, как и его частотные свойства, в основном определяются межэлектродными емкостями и сопротивлением канала.

Рисунок 11 – Диаграммы напряжений (а, в) и тока (б)
при переключении полевого транзистора