Полевые транзисторы с p-n переходом.

                                               Рисунок 1.31

Исток (И)- электрод, от которого начинают движение носители заряда, сток (С)- электрод, к которому движутся носители заряда, затвор (З) – электрод, управляющий движением носителей заряда. Полупроводниковые слои p-типа, образующие n-слоем два перехода, созданы с более высокой концентрацией примесей, чем n-слой. Оба p-слоя электрически связаны между собой и имеют общий внешний электрод- затвор.

 Напряжение затвор- исток  является обратным для обоих p-n переходов. Управляющие свойства транзистора объясняются тем, что при изменении  изменяется ширина p-n переходов. Поскольку p-слой имеет большую концентрацию примесей, чем n-слой, изменение ширины p-n переда происходит, в основном за счет высокоомного  n-слоя (эффект модуляции ширины базы). Сечение токопроводящего канала и его проводимость меняются, что приводит к изменению выходного тока стока  прибора.

Стоковая  (выходная) вольтамперная характеристика:  при  приведена на рисунок 1.32.

              Рисунок 1.32                                   Рисунок 1.33

I. Начальная область, сильная зависимость .

II. Слабая зависимость .

 III. Пробой p-n перехода.

Рассмотрим стоковую характеристику при . В области малых напряжений (участок о-а) влияние  на проводимость канала незначительно и зависимость  практически линейная. По мере дальнейшего увеличения  (участок а-в) происходит сужение проводящего канала вблизи стока из-за расширения p-n перехода вблизи стока, что приводит к увеличению сопротивления канала и уменьшению крутизны нарастания . При подходе к границе участка II (точка в) происходит смыкание p-n переходов и проводящий канал исчезает. Дальнейшее повышение  не должен приводить к увеличению тока через прибор, так как одновременно с повышением  будет увеличиваться сопротивление канала. Участок III резкого увеличения  характеризуется лавинным пробоем области p-n переходов вблизи стока по цепи сток- исток (точка с).

Напряжения   вызывает сужение канала и уменьшение его проводимости. Поэтому стоковые характеристики транзистора при увеличении   располагаются ниже, а перекрытие канала объемным зарядом p-n перехода происходит при меньшем напряжении

Стоко- затворная (входная) характеристика:  при  приведена на рисунке 1.33. При увеличении напряжения затвор - исток возрастает величина объемного заряда в p-n переходах, ширина канала уменьшается, ток стока уменьшается.

Основные параметры полевого транзистора: - максимальный ток стока - соответствует (точка в) на стоковой ВАХ при - максимальное напряжение стока - выбирают в 1,2-1,5 раза меньше напряжения пробоя участок сток-затвор: - напряжение отсечки- напряжение на затворе при [c ] ;

 при - внутреннее сопротивление, характеризует наклон стоковой характеристики на участке 2;  –входное сопротивление транзистора, определяется сопротивлением p-n переходов, смещенных в обратном непротивлении.

МДП - транзисторы.

В отличии от полевых транзисторов с p-n переходом, в которых затвор имеет непосредственный электрический контакт с близлежащей областью проводящего канала, в МДП- транзисторах затвор изолирован от указанной области слоем диэлектрика. Поэтому МДП - транзисторы относят к классу полевых транзисторов с изолированным затвором.

МДП транзисторы (металл- диэлектрик- полупроводник) выполняют из кремния. Как диэлектрик используют окисел кремния SiO2. Отсюда другое название МОП - транзисторы (металл- окисел- полупроводник). Наличие диэлектрика обеспечивает высокое входное сопротивление транзистора  Ом.

Принцип действия МДП - транзистора основан на эффекте изменении проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля. Приповерхностный слой полупроводника является токопроводящим каналом транзисторов. МДП - транзисторы выполняются двух типов: со встроенным каналом и с индуцированным каналом.

МДП - транзисторы со встроенным каналом (рисунок 1.34).

           а)                                b)                                       c)

a) С каналом n-типа

b) С каналом p-типа

c) С каналом p-типа и выводом от подложки                

                                  Рисунок 1.34

Подложка (П) может соединяться с истоком, а может и не иметь вывода.

Стоковые характеристики по виду близки к характеристикам полевого транзистора с p-n переходом. При =0 через прибор протекает ток, определяемый исходной проводимостью канала. На начальном участке  падение напряжения в канале мало, зависимость  близка к линейной. Увеличение  приводит к сужению проводящего канала, что уменьшает крутизну нарастания тока. При дальнейшем увеличении напряжения сток-исток канал сужается до минимума, что ограничивает нарастание тока и появлению пологого участка характеристики.

Стоко - затворная характеристика располагается в двух квадрантах. При поле затвора оказывает отталкивающее действие на электроны- носители заряда в канале, что приводит к уменьшению их концентрации в канале и уменьшению проводимости канала. Поэтому при  стоковые характеристики располагаются ниже. Такой режим называется режимом обеднения. При  поле затвора притягивает электроны в канал из p-слоя. Концентрация носителей заряда в канале увеличивается, проводимость канала возрастает, характеристики располагаются выше - режим обогащения.

МДП - транзисторы с индуцированным каналом (рисунок 1.35).

                        а)                     b)         c)

a) С каналом n-типа

b) С каналом p-типа

c) С каналом p-типа и выводом от подложки                

                                                    Рисунок 1.35

Стоковые характеристики, , близки по виду соответствующим характеристикам - транзистора со встроенным каналом. Отличие в том, что управление током транзистора осуществляется лишь напряжения  одной полярности. При =0, ток стока тоже равен нулю.

Стоко - затворная характеристика  при  располагается в одном квадранте и имеет лишь режим обогащения.

МДП - транзисторы широко применяются в интегральном исполнении. Микросхемы на МДП транзисторах обладают хорошей технологичностью, низкой стоимостью, способностью работать при более высоком напряжении питания, чем микросхемы на биполярных транзисторах.

Тиристоры

Классификация тиристоров

  Тиристор – это четырёхслойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (тиристор закрыт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое осуществляется внешним воздействием на прибор напряжением, током или светом.

  Виды тиристоров:

1. Диодные тиристоры (динисторы).

В них переход прибора из закрытого  состояния в открытое происходит при достижении напряжения между анодом и катодом некоторой граничной величины, являющейся параметром прибора.

2. Триодные тиристоры.

 В них управление состоянием прибора происходит по цепи третьего управляющего электрода. По цепи УЭ могут выполняться одна или две операции. В однооперационных тиристорах по цепи УЭ осуществляется только отпирание тиристора. Запирание происходит путём изменения полярности напряжения анод-катод. В двухоперационных тиристорах по цепи управления происходит и отпирание  и запирание тиристора. Для отпирания на УЭ подают положительный импульс, для запирания – отрицательный

3. Фототиристоры – отпирание прибора происходит с помощью световогоимпульса.

4. Симметричные тиристоры (симисторы) – позволяют проводить ток в двух направлениях. Выполняют функции двух обычных тиристоров, включенных встречно-параллельно.