Полевые транзисторы, их разновидности и устройство

Полевым транзистором называется полупроводниковый усилительный прибор, сопротивление которого может изменяться под действием электрического поля. Изменение сопротивления достигается изменением удельного электрического сопротивления слоя полупроводника или изменением объема полупроводника, по которому проходит электрический ток.

Полевые транзисторы иногда называют униполярными, потому что ток, протекающий через них, обусловлен носителями только одного знака. Полевые транзисторы еще называют канальными транзисторами, поскольку управляющее работой транзистора электрическое поле проникает в полупроводник относительно неглубоко, и все процессы протекают в тонком слое, называемом каналом.

Полевые транзисторы с управляющим р-п-переходом: может быть изготовлен в виде пластинки полупроводника (с n-или р-проводимостью), в одну из поверхностей которой вплавлен слой металла, называемый затвором, образующий плоский р-п-переход. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала за счет управляющего напряжения, называют затвором. К нижнему и верхнему торцам пластинки присоединяются выводы, называемые соответственно истоком и стоком. Если на затвор подается напряжение запирающей полярности (положительное на n -затвор и отрицательное на р-затвор), то в зависимости от его значения в канале (р- n -переходе) возникает обедненный носителями заряда слой, являющийся практически изолятором.

Электрод (вывод), через который в канал входят основные носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком.

Изменяя напряжение на затворе от нуля до некоторого достаточно большого напряжения, называемого напряжением отсечки (напряжением запирания, или пороговым напряжением), можно так расширить объем полупроводника, занимаемого р- n -переходом, что он займет весь канал и перемещение носителей заряда между истоком и стоком станет невозможным. Транзистор полностью закроется.

В отличие от биполярных транзисторов, управляемых током, полевые транзисторы управляются напряжением, и, поскольку это напряжение приложено к управляющему р-п-переходу в обратной (запирающей) полярности, то ток в цепи управления практически не протекает (при напряжении 5 В ток управления не превышает 10^-10 А).

Полевые транзисторы с изолированным затвором, иначе говоря, полевые транзисторы с индуцированным каналоНа рис. показано устройство полевого транзистора с изолированным затвором, называемого МДП-транзистором, название которого обусловлено конструкцией: затвор выполнен из металла (М) и отделен тонким слоем диэлектрика (Д) от полупроводника (П), из которого сделан транзистор. Если транзистор изготовлен из кремния, то в качестве диэлектрика используется тонкая пленка оксида кремния. В этом случае на­звание изменяется на МОП-транзистор (металл-оксид-полупроводник).

На рис. слева транзистор изготовлен на основе пластинки (подложки, или основания) из кремния с р-проводимостью. На поверхности пластинки диффузионным способом получены две области с n-проводимостью (исток и сток), разделенные областью n-канала, имеющей преобладающую р-проводимость. При подаче на транзистор напряжения ток между истоком и стоком протекать не будет, ибо переходы сток-основание и исток-основание образуют два встречно включенных р‑n‑перехода, один из которых будет закрыт при любой полярности приложенного напряжения.

Но если на поверхностный слой р-полупроводника подействовать сильным электрическим полем, приложив между затвором и основанием напряжение положительной полярности, то между истоком и стоком начнет протекать ток. Это из-за того, что из приповерхностного слоя полупроводника, расположенного под затвором, электрическим полем будут оттесняться дырки и собираться электроны, образуя канал (с n–

проводимостью, показанный пунктирной линией), вследствие чего р‑n‑переходы исток-канал и канал-исток перестанут существовать. Проводимость n‑канала будет тем больше, чем больше напряжение, приложенное между затвором и основанием.

Рассмотренной транзистор называется МДП-транзистором с индуцированным каналом.

Если основание выполнено из n-кремния, исток и сток образованы сильно легированными областями с р‑проводимостями, а в качестве изолятора используется оксид кремния, то получается МОП-транзистор с индуцированным р‑каналом (с проводимостью р) (рис. справа).

полевые транзисторы со встроенным каналом

МОП-транзисторы могут быть выполнены со встроенным каналом. Например, на рис. 5.4 слева приведена схема устройства транзистора с n-каналом. Основание выполнено из р-кремния, а исток и сток имеют n-проводимость и получены диффузионным способом. Исток и сток соединены тонким каналом с незначительной р‑проводимостью.

Если основание сделано из n-кремния, а исток и сток - из р-кремния, то транзистор имеет встроенный р-канал (рис. 5.4 справа).

Работа n-канального МОП-транзистора:если на затвор подано отрицательное (относительно основания) напряжение, то электроны проводимости вытесняются из n-канала в основание, и проводимость канала уменьшается, вплоть до полного обеднения и запирания канала.

При подаче на затвор положительного напряжения n-канал обогащается электронами, и проводимость его увеличивается.