Материал: 2072

Металл

и з с

е

Рис. 6.12. Структура полевого транзистора с изолированным затвором и встроенным каналом n-типа (а); условное графическое и позиционное обозначения транзистора со встроенным каналом n-типа (б) и p-типа (в), с каналом n-типа и выводом от подложки (г), с каналом p-типа и выводом от подложки (д), е – схема простейшего усилителя на МДП-транзисторе

При подаче на затвор положительного напряжения Uзи 0 электрическое поле затвора притягивает электроны из p-слоя в канал, обогащая его основными носителями заряда. В результате проводимость канала возрастает, и характеристика Ic f Uзu смещается вверх.

При работе транзистора в области насыщения его сток-затворная характеристика близка к линейной как в режиме обеднения канала основными носителями, так и в режиме обогащения (рис. 6.13, б). Это позволяет не использовать источник ЭДС смещения в цепи затвора при построении усилительного каскада на МДП-транзисторе этого типа (рис. 6.12, е).

81

Рис. 6.13. Семейство стоковых характеристик (а) и сток-затворных характеристик (б) МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа

МДП-транзистор с индуцированным каналом

В отличие от транзистора со встроенным каналом здесь первоначально на подложке p-типа создают только области истока и стока с проводимостью n-типа, а канал не создают. Поэтому при отсутствии управляющего напряжения на затворе (Uзи = 0) транзистор остается закрытым независимо от величины и полярности напряжения между стоком и истоком Uси . Это объясняется тем, что при любой полярности напряжения Uси один из p–n-переходов (исток-подложка, сток-подложка) находится под обратным напряжением (рис. 6.14).

При подаче на затвор положительного напряжения Uзи 0 электрическое поле затвора отталкивает дырки от верхнего слоя p-области в глубину ПП, а электроны притягивает в этот слой к границе с диэлектриком. Это приводит к изменению типа электропроводности тонкого слоя у границы на противоположный, т.е. образуется (или индуцируется под действием электрического поля) проводящий канал n-типа. С ростом Uзи концентрация электронов в зоне канала возрастает, а следовательно, растет ток стока. С понижением Uзи происходят обратные процессы.

При отрицательном напряжении Uзи 0 канал n-типа не индуцируется, и транзистор остается закрытым. Таким образом, МДП-транзистор с индуцированным каналом n-типа работает только в режиме обогащения канала носителями заряда.

Семейства стоковых и сток-затворных характеристик этого транзистора приведены на рис. 6.15. По форме характеристики такие же, как для ПТ

82

с p–n-переходом и МДП-транзистора со встроенным каналом, но их расположение иное.

Индуцированный канал

Подложкар-типа

а

Рис. 6.14. Структура полевого транзистора с индуцированным каналом (а); условное графическое и позиционное обозначение транзистора

с каналом n-типа (б) и p-типа (в); с каналом n-типа и выводом от подложки (г); с каналом p-типа и выводом от подложки (д)

Рис. 6.15. Семейство стоковых характеристик (а) и сток-затворных характеристик (б) МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа

83

Преимущество МДП-транзисторов перед ПТ с p–n-переходом состоит в более высоком входном сопротивлении, достигающем значений 1012 1014 Ом. Кроме того, их сток-затворные характеристики обладают большей крутизной (до нескольких десятков миллиампер на вольт).

6.6. Однопереходные транзисторы: устройство, принцип действия, ВАХ и параметры

Однопереходный транзистор (ОПТ) – это управляемый ПП прибор с одним p–n-переходом и тремя выводами. Его изготавливают на основе пластины кремния n- или p-типа. От пластины делается два вывода, не создающих p–n-перехода и называемых базами Б1 и Б2 (рис. 6.16, а). Между этими выводами путем введения соответствующих примесей в пластине создают небольшую p-область, если исходная пластина n-типа. В результате образуется p–n-переход. От области p-типа делают вывод, который называется эмиттером Э. ОПТ могут иметь противоположную структуру, если в качестве исходной пластины использовать ПП p-типа. Однако для ОПТ чаще применяют пластины n-типа, так как у них основными носителями заряда являются электроны, обладающие большей подвижностью, чем дырки.

Рис. 6.16. Структура однопереходного транзистора (а) и его условные графические обозначения в схемах (б, в): б – обозначение ОПТ

с исходной пластиной n-типа; в – ОПТ с исходной пластиной p-типа

Условное графическое и позиционное обозначение ОПТ показано на рис. 6.16, б и в.

Рассмотрим принцип действия ОПТ. Материал исходной пластины ПП обеспечивает достаточно высокое сопротивление между выводами Б1 и Б2 (порядка 4 – 12 кОм). Если между базами Б1 и Б2 подключить источник

84

постоянной ЭДС Eб = 10 – 30 В, плюсом к Б2, минусом к Б1, а на эмиттер не подавать напряжение (рис. 6.17, а), то падение напряжения в промежутке Б2–Б1 от источника Eб распределится по линейному закону, а через пластину потечет небольшой ток iб2. Длина промежутка Б2–Б1 = l1 l2

(рис. 6.17, б), причем обычно в ОПТ l2 l1. В результате протекания тока iб2 на участке l1 создается так называемое внутреннее напряжение Uб1, которое тем меньше, чем меньше l1:

Рис. 6.17. Схема включения ОПТ (а) и иллюстрация процессов в его структуре (б)

Если внешний источник напряжения Eэ подключить полюсом к Э, а минусом к Б1, то на переходе ЭБ1 будет действовать разность напряжений (Eэ Uб1). При Eэ Uб1 p–n-переход будет находиться под обратным напряжением, и ток iэ будет мал. Когда Eэ станет приближаться к Uб1, начнется диффузия дырок из p-области в n-область. В результате произойдет снижение Uб1 (за счет уменьшения сопротивления промежутка l1) и нарастание тока iэ от источника Eэ , сначала плавное, а затем лавинообразное в соответствии с ВАХ ОПТ (рис. 6.18). При обратном напряжении на p–n- переходе, пока Eэ Uэо , в цепи эмиттера протекает обратный ток малой величины. При Eэ=Uэо (точка А на ВАХ) начинает уменьшаться потенциальный барьер, а дырки диффундируют в область участка l1. Появляется прямой ток перехода, который постепенно нарастает по мере снижения барьера (участок АБ ВАХ).

85