Чтение онлайн

Источник тока ЕСИ подсоединяется таким образом, чтобы на истоке был отрицательный потенциал по отношению к стоку. Это обусловливает ток через канал, так как основными носителями в материале n– типа являются электроны. Ток, текущий от истока к стоку, называется током стока полевого транзистора (IC). Канал служит сопротивлением для приложенного напряжения (ЕСИ).

Напряжение затвор-исток (ЕЗИ) подается таким образом, чтобы затвор имел отрицательный потенциал по отношению к истоку. Это обусловливает формирование обратно смещенного р-n– перехода между затвором и каналом и создает обедненный слой в окрестности р-n– перехода, который распространяется вдоль всей длины канала. Обедненный слой шире у стока, так как напряжение ЕСИ складывается с напряжением ЕЗИ, создавая более высокое напряжение обратного смещения, чем у истока.

Рис. 23-3. Правильно смещенный полевой транзистор с р-n– переходом и каналом n– типа.

Размером обедненного слоя управляет напряжение ЕЗИ. При увеличении ЕЗИ толщина обедненного слоя увеличивается. При уменьшении толщина обедненного слоя уменьшается. При увеличении толщины обедненного слоя резко уменьшается толщина канала, и, следовательно, уменьшается величина тока, проходящего через него. Таким образом, ЕЗИ можно использовать для управления током стока (IC), который протекает через канал. Увеличение ЕЗИ уменьшает IC.

При обычной работе входное напряжение прикладывается между затвором и истоком. Результирующим выходным током является ток стока (IC). В полевом транзисторе с р-n– переходом входное напряжение используется для управления выходным током. В обычном транзисторе входной ток, а не напряжение используется для управления выходным током.

Поскольку переход затвор-исток смещен в обратном направлении, полевой транзистор с р-n– переходом имеет очень высокое входное сопротивление. Если переход затвор-исток сместить в прямом направлении, через канал потечет большой ток, что послужит причиной падения входного сопротивления и уменьшения усиления транзистора. Величина напряжения, требуемого для уменьшения IС до нуля, называется напряжением отсечки затвор-исток (ЕЗИотс). Это значение указывается производителем транзистора.

Напряжение сток-исток (ЕСИ) управляет размером обедненного слоя в полевых транзисторах с р-n– переходом. При увеличении ЕСИ, увеличивается также IС. При некотором значении ЕСИ величина IС перестает расти, достигая насыщения при дальнейшем увеличении ЕСИ. Причиной этого является увеличившийся размер обедненного слоя, и значительное уменьшение в канале неосновных носителей. С увеличением ЕСИ увеличивается, с другой стороны, сопротивление канала, что также приводит к меньшей скорости увеличения IС. Однако рост тока IС ограничивается вследствие расширения обедненного слоя и уменьшения ширины канала. Когда это имеет место, говорят, что IС достиг насыщения. Значение ЕСИ, при котором IС достигает насыщения, называется напряжением насыщения (ЕН). Величина ЕН обычно указывается производителем при значении ЕЗИ, равном нулю. При ЕЗИ, равном нулю, величина ЕН близка к ЕЗИотс. Когда ЕН равно ЕЗИ, ток стока является насыщенным.

Полевые транзисторы с p– каналом и с n– каналом имеют одинаковые характеристики. Основное различие между ними — в направлении тока стока (IС) через канал. В полевом транзисторе с p– каналом полярность напряжений смещения (ЕЗИ, ЕСИ) противоположна полярностям этих напряжений для транзистора с каналом n– типа.

Схематические обозначения для полевых транзисторов с p– каналом и с n– каналом показаны на рис. 23-4. Полярности напряжений смещения для полевого транзистора с n– каналом показаны на рис. 23-5, а для транзистора с р– каналом — на рис. 23-6.

Рис. 23-4. Схематические обозначения полевых транзисторов с р-n– переходом.

Рис. 23-5. Полярности источников тока, необходимые для смещения полевого транзистора с р-n– переходом и каналом n– типа.

Рис. 23-6. Полярности источников тока, необходимые для смещения полевого транзистора с р-n– переходом и каналом р– типа.

23-1. Вопросы

В полевых транзисторах с изолированным затвором не используют р-n– переход. Вместо него применяется металлический затвор, электрически изолированный от полупроводникового канала тонким слоем окисла. Это устройство известно как полевой транзистор на основе структуры металл-окисел-полупроводник (МОП транзистор).

Существует два типа таких транзисторов: устройства n– типа с n– каналами и устройства p– типа с p– каналами. Устройства n– типа с n– каналами называются устройствами обедненного типа, так как они проводят ток при нулевом напряжении на затворе. В устройствах обедненного типа электроны являются носителями тока до тех пор, пока их количество не уменьшится благодаря приложенному к затвору смещению, так как при подаче на затвор отрицательного смещения, ток стока уменьшается. Устройства p-типа с p-каналами называются устройствами обогащенного типа. В устройствах обогащенного типа поток электронов обычно отсутствует до тех пор, пока на затвор не подано напряжение смещения. Хотя полевые транзисторы обедненного типа с p– каналом и транзисторы обогащенного типа с n– каналом и существуют, они обычно не используются.

На рис. 23-7 изображено сечение полевого транзистора обедненного типа с n– каналом. Он образован имплантацией n– канала в подложку p– типа.

Рис. 23-7. МОП транзистор обедненного типа с n– каналом.

После этого на канал наносится тонкий изолирующий слой двуокиси кремния, оставляющий края канала свободными для подсоединения выводов, стока и истока. После этого на изолирующий слой наносится тонкий металлический слой. Этот металлический слой служит затвором. Дополнительный вывод подсоединяется к подложке. Металлический затвор изолирован от полупроводникового канала, так что затвор и канал не образуют р-n– переход. Металлический затвор используется для управления проводимостью канала так же, как и в полевом транзисторе с р-n– переходом.

На рис. 23-8 изображен полевой транзистор с изолированным затвором и каналом n– типа.

Рис. 23-8. МОП транзистор обедненного типа с n– каналом и приложенным смещением.

Сток всегда имеет положительный потенциал по отношению к истоку, как и в полевом транзисторе с р-n– переходом. В канале n– типа основными носителями являются электроны, обеспечивающие ток стока (IC), протекающий от истока к стоку. Величиной тока стока управляет напряжение смещения (ЕЗИ), приложенное между затвором и истоком, как и в полевом транзисторе с р-n– переходом. Когда напряжение на истоке равно нулю, через устройство течет заметный ток стока, так как в канале имеется большое количество основных носителей (электронов). Когда на затворе отрицательный потенциал по отношению к истоку, ток стока уменьшается вследствие обеднения основных носителей. Если отрицательный потенциал достаточно велик, то ток стока падает до нуля.

Основное различие между полевыми транзисторами с р-n– переходом и полевыми транзисторами с изолированным затвором состоит в том, что на затворе полевого транзистора с изолированным затвором может также быть и положительный потенциал по отношению к истоку. В полевом транзисторе с р-n– переходом нельзя подать такой потенциал на исток, так как в этом случае р-n– переход затвор-канал будет смещен в прямом направлении.

Когда напряжение на затворе полевого МОП-транзистора обедненного типа положительно, изолирующий слой из двуокиси кремния предотвращает какой-либо ток через затвор. Входное сопротивление остается высоким, и в канале появляется больше носителей (электронов), что увеличивает его проводимость. Положительное напряжение на затворе может быть использовано для увеличения тока стока МОП транзистора, а отрицательное напряжение на затворе может быть использовано для уменьшения тока стока. Поскольку отрицательное напряжение подается на затвор для обеднения n– канала МОП транзистора, он называется устройством обедненного режима. Когда напряжение на затворе равно нулю, через МОП транзистор течет большой ток стока. Все устройства обедненного типа обычно открываются при напряжении на затворе, равном нулю.