Характеристики польового транзистора з p-n-переходом

Розрізняють вихідні (стокові) і стоко-засувні характеристики польового транзистора. Вихідні характеристики – це залежність І_С=f(U_СВ) за умови U_ЗВ=const, а стоко-засувні характеристики – це залежність І_С=f(U_ЗВ) за умови U_СВ=const. Ці характеристики зображені відповідно на рис. 5 а та рис. 5 б.

а) б)

Рис. 5. Будова та графічне позначення польових транзисторів з p-n- переходом і каналами p-типу (а)та n-типу (б) провідності

а) б)

Рис. 5. Вихідні (а) та стоко-затворна характеристики польового транзистора з p-n-переходом

На стокових характеристиках (рис. 5 а) можна виділити три ділянки:

ділянка І сильного зростання струму І_С із збільшенням від нуля до точки “а”, що відповідає поступовому зменшенню ширини каналу аж до змикання p-n-переходів (точка б). Напрузі замикання p-n-переходів (перекриття каналу) відповідають абсциси точок перетину стокових характеристик з пунктирною лінією;

ділянка ІІ, коли припиняється зростання І_С із збільшенням напруги U_СВ (від точки ”б“ до точки ”в“). Невелике зростання струму викликане струмом поверхневого спливу та впливом сильного електричного поля у p-n- переходах;

ділянка ІІІ характеризується сильним зростанням струму І_С внаслідок лавинного пробиття p-n-переходів поблизу стоку. Струм протікає через засув і стік.

Із збільшенням зворотної напруги │U_ЗВ│>0 змикання p-n-переходів настає за меншої сили струму І_С і тому загин вихідних характеристик настає швидше. Внаслідок наявності початкового значення зворотної напруги на

p-n-переході його лавинний пробій настає також за менших значень напруг.

Стоко-засувна характеристика – це залежність струму І_С від значення напруги між витоком і засувом U_ЗВ за умови незмінного значення напруги між стоком і витоком U_СВ= const. На рис. 5 б зображена така характеристика для U_СВ=10 В. Із збільшенням зворотної напруги на p-n-переходах між каналом і засувом струм І_С змешується. Значення напруги U_3B, за якого припиняється струм І_С , називається напругою відсічки або напругою закриття каналу. Стоко-засувну характеристику можна побудувати за даними вихідних характеристик, вважаючи незмінним значення U_СВ. Очевидно, що на ділянці ІІ стокових характеристик стоко-затворні характеристики майже збігаються, бо струм І_С практично не залежить від напруги U_СВ.

Рис. 6. Будова МДН – транзистора із вмонтованим каналом n-типу (а) та умовні позначення транзисторів з каналом n-типу (б), з каналом p-типу (в) та з каналом p-типу і виводом від підкладки (г)

Робота МДН – транзистора базується на зміні провідності каналу під дією поперечного електричного поля, що зумовлено напругою між витоком і засувом. Основні носії заряду (в даному випадку - електрони) рухаються від витоку до стоку під дією зовнішньої напруги U_СВ (додатний полюс приєднаний до стоку). Змінюючи значення та полярність напруги між засувом і витоком, досягають зміни концентрації електронів у каналі n-типу і сили струму стоку І_С . На рис. 7 зображені вихідні (а) та стоко-затворні (б) характеристики МДН – транзистора з вмонтованим n-каналом.

У зв’язку з відсутністю p-n-переходу між засувом і каналом напруга U_ЗВ може мати довільну полярність. Утворенене електричне поле додатньою напругою на засуві притягує електрони у канал і тому струм стоку зростає порівняно з випадком, коли U_ЗВ =0. Такий режим називається режимом збагачення каналу. Якщо подати від’ємну напругу на засув, то утворене електричне поле виштовхує електрони з каналу і внаслідок зменшення їх концентрації зменшується струм стоку І_С . Такий режим називається режимом збіднення каналу.

Рис. 7. Вихідні (а) та стоко-затворні (б) характеристики МДН – транзистора з вмонтованим n-каналом

Напруга на засуві, за якої канал і струм стоку практично зникають, називається напругою відсічки.

Прикладання великої напруги до засуву може спричинити пробій ізолюючої плівки SiO₂ і транзистор вийде з ладу. Тому під час збереження і використання польових транзисторів засув слід з’єднувати з іншими виводами. У конкретному пристрої з МДН – транзистором засув завжди повинен мати зв’язок із шиною нульового потенціалу через резистор, опір якого не перевищує 1 МОм.

Зона І (від 0 до точки а) відповідає лінійній залежності І_С= f(U_CB). Точка б відповідає мінімальному звуженню каналу і подальше стрімке зростання струму І_С припиняється(зона ІІ). Зона ІІІ відповідає електричному пробою транзистора.

Конструкція МДН – транзисторів з індукованим каналом (рис. 8) дещо відрізняється від транзистора з вмонтованим каналом. В них канал спеціально не створюється, а виникає під час прикладання напруги між засувом і витоком. Якщо в місці контактів витоку і стоку утворені зони з

n-провідністю, то, приклавши до засуву додатну напругу, можна змінити електропровідність поверхневого шару підкладки за рахунок притоку туди електронів. Із збільшенням додатної напруги на засуві електропровідність приповерхневого шару збільшується. Від’ємна напруга на засуві не утворює канал провідності. Отже, транзистор з індукованим каналом працює лише в режимі збагачення (див. сток-засувну характеристику рис. 8).

Рис. 8. Будова МДН-транзистора з індукованим каналом та його сток-засувна характеристика

Стокові (вихідні) характеристики МДН – транзистора з індукованим каналом та його умовні графічні позначення на схемах зображені на рис. 9. Ці характеристики подібні до стокових характеристик інших польових транзисторів. Керування струмом транзистора здійснюється напругою тільки однієї полярності.

Рис. 9. Стокові характеристики транзистора з індукованим каналом n-типу (а) та умовні зображення МДН – транзистора з індукованим каналом

n-типу (б), р-типу (в), з виводом від підкладки (г)