Принцип действия МДП-транзистора с индуцированным n-каналом

Принцип действия МДП-транзис­тора основан на эффекте изменения харак­тера электропровод­ности в материале по­лу­проводника подложки на границе с ди­электриком под действием поперечного элект­ри­чес­ко­го поля управляющего на­пря­жения U_ЗИ. В транзисторе с n-каналом приложение к затвору на­пряжения отри­ца­тельной полярности относительно ис­то­ка вызывает притя­жение основных носи­те­лей области p (дырок) к приповерх­ност­ному с затво­ром слою. Толщина p-n пе­ре­хода в области истока и стока увели­чивается, и через транзистор протекает ток обратно смещенного p-n перехода (сток-подложка).

Приложение к за­тво­ру управля­ющего на­пря­жения положительной по­ляр­ности приводит к тому что дырки вытал­ки­ваются из при­по­верх­ност­ного слоя электри­чес­ким полем за­тво­ра. Не­основные носители об­ласти p (электроны) при­тя­гиваются к при­по­верх­ност­ному слою. При до­сти­же­нии управляющим напряжением неко­торой величины, концентрации дырок и электронов в приповерхностном слое вначале сравниваются, а затем кон­цент­ра­ция электронов начинает превы­шать концентрацию дырок. Возникает эф­фект инверсии характера электрической про­водимости, на пути тока в цепи сток-исток форми­руется токопроводящий ка­нал, так как пропадает p-n переход. Потенциалы затво­ра и стока имеют одинако­вый знак относительно исто­ка, поэ­тому |U_ЗИ|>|U_ЗС|. Та­ким обра­зом, толщина ка­на­ла в обла­сти стока мини­мальна. Ана­ло­гично, тран­зис­тору с уп­рав­ляющим p-n переходом, в области стока формируется горловина токопроводящего канала, что обуславливает нелинейный вид характеристик. Управляющее напряжение вызывает инверсию электропроводности, которая получила название порогового напряжения или напряжения формирования канала. Увеличение управляющего напряжения выше порогового приводит к расширению канала и улучшению проводимости транзистора.

2.8. Принцип действия и характеристики транзистора
со встроенным каналом

В таких транзисторах проводимость возможна даже при нулевом управля­ющем напряжении. Влияние управля­ющего напряжения на характер электро­проводности транзистора зависит от его знака.

U_ЗИ<0 (режим обеднения канала) способствует выталкиванию электронов из приповерхностного слоя, увеличению толщины p-n перехода (канал-подложка) и ухудшению проводимости транзистора. При достижении управляющим напряже­нием значения U_ЗИ=U_ЗС, называ­емого на­пря­жением отсечки, p-n переход пол­ностью перекрывает канал, и ток I_С прекращается.

При U_ЗИ>0 (ре­жим обога­ще­ния) управляющее напряже­ние притя­ги­вает к при­по­верх­ност­ному слою элек­­­­тро­ны, ширина канала и элек­тро­про­водность тран­зис­тора увеличи­ва­ет­ся.

При работе в обоих режимах в области стока фор­ми­руется горловина канала, выходные характеристики имеют вид, аналогичный виду характеристик транзистора с индуцированным каналом. Максимальное значение управляющего напряжения и соответственно ток в канале транзистора ограничены электрической прочностью изолятора. Обычно величина управляющего напряжения не превышает десятков вольт. По МДП технологии выпускаются как маломощные (слаботочные) так и мощные транзисторы (с допустимыми токами канала 10…30 А). Вследствие высокого входного сопротивления МДП-транзисторы очень чувствительны к потенциалам статического электричества, что обуславливает специальные меры обращения с ними.

Основные эксплуатационные параметры:

1. I_{C max} — максимальный ток стока;

2. U_{СИ max} — максимальное напряжение сток-исток;

3. P_{C max} — максимальная допустимая мощность в канале;

4. R_ВХ= при U_СИ = const — входное сопротивление транзистора;

5. r_C=R_i= при U_ЗИ = const — внутреннее сопротивление;

6. S= при U_СИ = const — крутизна стоко-затворной характеристики.

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

Биполярный транзистор представляет собой трехслойный трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами. Центральная область структуры называется базой, а две крайние области имеют тип электропроводности, противоположный базе. Одна из них, предназначенная для внесения (эмиттирования или инжекции) носителей заряда в базу, называется эмиттером. Другая, предназначенная для сбора носителей заряда из базы, называется коллектором. Технологически области эмиттера и коллектора имеют разные геометрические размеры и не могут быть взаимно заменены в процессе эксплуатации транзистора. В случае, когда эмиттер и коллектор меняются местами, говорят об инверсном включении транзистора. База может быть выполнена из материала p или n-типа электропроводности. Таким образом, мы имеем два возможных типа биполярных транзисторов.

p-n переходы П₁ и П₂, отделяющие области эмиттера и коллектора от базы получили название эмиттерного и коллекторного соответственно. В обозначении транзистора стрелка на выводе эмиттера показывает истинное направление тока эмиттера, что однозначно определяет тип транзистора.