Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управление этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Устройство полевого транзистора: а – с n-каналом; б – с p-каналом
|
Несколько определений: · вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком(И); · вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком (С); · вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором (З); · участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между р-n переходом, называется каналом полевого транзистора. |
 |
Поэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом р-типа или n-типа. Условное графическое изображение полевого транзистора приведено на рис. 2.2, с каналом n-типа и р-типа соответственно.
 |
Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с каналом n-типа (рис. 2.3). На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение между стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока. При отсутствии напряжения на затворе р-n переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна, и ток стока будет максимальным UЗИ = 0, IС1 = max. При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина р-n переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются |UЗИ| > 0, IC2 < IС1. При достаточно больших напряжениях на затворе ширина р-n переходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю |UЗИ| >> 0; IC3 = 0. |
Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки.
Следовательно можно сделать вывод, что полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока, и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими р-n переходами работают только в режиме обеднения канала.
2.2. Характеристики и параметры полевых транзисторов
К основным характеристикам полевых транзисторов относятся:
· стокозатворная характеристика – это зависимость тока стока IС от напряжения на затворе UЗИ (рис. 2.4, а);
· стоковая характеристика – это зависимость IС от UСИ при постоянном напряжении на затворе (рис. 2.4, б)
IС = f (UСИ), при UЗИ = const.
Рис. 2.4. Характеристики полевых транзисторов с управляющим p-n переходом:а – стокозатворная (входная); б – стоковая (выходная)
Основные параметры полевых транзисторов:
· напряжение отсечки;
· крутизна стокозатворной характеристики. Она показывает, на сколько миллиампер изменится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1 В (рис. 2.4, а)
QUOTE S=∆Ic∆Uзи 
, при UСИ = const,
;
· внутреннее (или выходное) сопротивление полевого транзистора (рис. 2.4, б)
, при UЗИ = const;
· входное сопротивление
.
Так как на затвор подаётся только запирающее напряжение, то ток затвора будет представлять собой обратный ток закрытого p-n перехода и будет очень мал. Величина входного сопротивления Rвх будет очень велика и может достигать 109 Ом.
2.3. Полевые транзисторы с изолированным затвором
2.3.1. Транзистор со встроенным каналом
2.3.2. Транзисторы с индуцированным каналом
Данные приборы имеют затвор в виде металлической плёнки, которая изолирована от полупроводника слоем диэлектрика, в виде которого применяется окись кремния. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором называют МОП и МДП. Аббревиатура МОП расшифровывается как металл, окись, полупроводник, а МДП расшифровывается как металл, диэлектрик, полупроводник.
МОП-транзисторы могут быть двух видов:
· транзисторы со встроенным каналом;
· транзисторы с индуцированным каналом.
Их графические обозначения приведены на рис. 2.5.
Рис. 2.5. Графическое обозначение МОП-транзисторов:а – со встроенным каналом n-типа; б – со встроенным каналом p-типа; в – с индуцированным каналом n-типа; г – с индуцированным каналом p-типа
2.3.1. Транзистор со встроенным каналом
Структура полевого транзистора со встроенным каналом приведена на рис. 2.6, а. Основой такого транзистора является кристалл кремния р- или n-типа проводимости.
Рис. 2.6. МОП-транзистор со встроенным каналом: а – структура транзистора со встроенным каналом n-типа; б – стокозатворная характеристика
Принцип действия такого транзистора следующий. Под действием электрического поля между стоком и истоком через канал будут протекать основные носители зарядов, т. е. будет существовать ток стока.
При подаче на затвор положительного напряжения электроны как неосновные носители подложки будут притягиваться в канал. Канал обогатится носителями заряда, и ток стока увеличится.
При подаче на затвор отрицательного напряжения электроны из канала будут уходить в подложку, канал обеднится носителями зарядов, и ток стока уменьшится. При достаточно больших напряжениях на затворе все носители заряда могут из канала уходить в подложку, и ток стока станет равным нулю. То есть справедливы следующие выражения:
UЗИ = 0, IC1;
UЗИ > 0, IC2 > IC1;
UЗИ < 0, IСЗ < IС1;
UЗИ << 0, IС4 = 0.
Следовательно, МОП-транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения зарядов.
2.3.2. Транзисторы с индуцированным каналом
Структура транзистора с индуцированным каналом и его входная характеристика приведены на рис. 2.7.
Рис. 2.7. МОП транзистор с индуцированным каналом: а – структура транзистора с индуцированным каналом n-типа; б – стокозатворная характеристика
В таком транзисторе при напряжениях на затворе, равных или меньше нуля, канал отсутствует, и ток стока будет равен нулю. При положительных напряжениях на затворе электроны, как неосновные носители заряда подложки р-типа, будут притягиваться к затвору, а дырки будут уходить вглубь подложки. В результате в тонком слое под затвором концентрация электронов превысит концентрацию дырок, т. е. в этом слое полупроводник поменяет тип своей проводимости. Образуется (индуцируется) канал, и в цепи стока потечёт ток. Тогда справедливы следующие выражения:
UЗИ = 0, IC1 = 0;
UЗИ < 0, IC2 = 0;
UЗИ > 0, IC3 > 0.
Следовательно, МОП-транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обогащения.
МОП-транзисторы обладают большим входным сопротивлением, чем транзисторы с управляемым переходом. Rвх = (1013…1015) Ом.
