Транзисторы этого типа называют также МДП-транзисторами (металл – диэлектрик – полупроводник) или МОП-транзисторами (если в качестве диэлектрика используют оксид – чаще всего диоксид кремния SiO2). МДП-транзисторы бывают двух типов: со встроенным каналом и с индуцированным.

Основу МДП-транзистора со встроенным каналом (рис. 1.41, а) составляет слабо насыщенная примесью пластина (подложка) полупроводника с электропроводностью n- или р-типа (на рисунке n-Si), в которой созданы две сильно насыщенные примесью области противоположного типа электропроводности (на рис. 1.41 – это р+). Расстояние между р+-областями ~ 1 мкм. Они соединены тонким слоем полупроводника того же типа электропроводности, что и р+-области, но этот слой слабо насыщен примесью (р-канал).

Рис. 1.41. МДП – транзисторы со встроенным и индуцированным каналами

Поверхность пластины полупроводника покрыта слоем диэлектрика толщиной ~0,1 мкм. На слой диэлектрика над каналом нанесен металлический контакт – затвор 3. Области р+ также имеют металлические контакты, один из которых называют истоком И, другой – стоком С. Обычно для пластины полупроводника используют кремний, а в качестве диэлектрика – пленку диоксида кремния, выращенную на поверхности кремния путем окисления его при высокой температуре.

На рис. 1.42 показаны схемы включения МДП-транзистора: а – с общим истоком (ОИ); б – с общим стоком (ОС); в – с общим затвором (ОЗ).

Принцип работы МДП-транзистора со встроенным каналом рассмотрим на примере схемы с ОИ (рис. 1.42, а). В полупроводнике у его поверхности в электрическом поле происходит обеднение или обогащение приповерхностного слоя носителями заряда, что зависит от направления электрического поля в канале транзистора. Это направление электрического поля определяется знаком потенциала на затворе относительно пластины. Если на затвор подан положительный потенциал, электрическое поле будет выталкивать дырки из канала и канал обеднится основными носителями (дырками), а проводимость канала уменьшится. Если на затвор подан отрицательный потенциал, то дырки начнут втягиваться в канал и обогащать его основными носителями, проводимость канала увеличится.

Рис. 1.42. Схемы включения МДП - транзистора с общим истоком, с общим стоком и с общим затвором

В первом случае транзистор работает в режиме обеднения, во втором случае – в режиме обогащения. Если исток и сток подсоединить к источнику питания , то начнется дрейф дырок через канал, т.е. через канал пройдет ток стока , значение которого зависит как от , так и от . При прохождении тока в канале создается падение напряжения. Потенциал истока равен нулю, а потенциал стока равен . На границе пластины n-типа с областями р-типа и каналом р-типа образуется p-n-переход, который смещен в обратном направлении. Так как в МДП-транзисторах затвор изолирован от полупроводника пленкой диэлектрика, то эти транзисторы могут работать как при положительном, так и при отрицательном напряжении .

Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом р-типа показаны на рис. 1.43: выходные (стоковые) – на рис. 1.43, а; характеристика передачи (стокозатворная) – на рис. 1.43, б; для режима обеднения – область I, обогащения – область II.

Рис. 1.43. Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом р-типа

В МДП-транзисторах с индуцированным каналом (см. рис. 1.41, б) канал не создается в процессе изготовления, а образуется под воздействием электрического поля. Если к транзистору с ОИ подключить напряжение , по цепи стока пойдет обратный ток p-n-перехода, значение которого очень мало. При подключении в цепь затвора напряжения так, чтобы потенциал затвора относительно истока и пластины был обязательно отрицательным (для транзистора на рис. 1.41, б), под действием электрического поля под затвором приповерхностный слой пластины полупроводника обеднится.

Если достигнет определенного значения, называемого пороговым , то слой полупроводника под затвором настолько обеднится, что произойдет его инверсия: образуется канал р-типа, который соединит обе области р-типа. Если , по каналу потечет ток стока. Изменяя напряжение на затворе, можно менять толщину и поперечное сечение канала и тем самым его сопротивление, а следовательно, и ток стока. На значение влияет также напряжение . При этом изменяется и форма канала.

Семейство выходных статических характеристик (рис. 1.44, а) аналогично семейству выходных характеристик транзистора с управляющим p-n-переходом. Однако характеристика для = 0 в этом случае отсутствует, так как канал индуцируется при >. Характе-ристики передачи (рис. 1.44, б) – при . Они сдвинуты относительно нуля координат на .

Рис. 1.44. Выходные статические характеристики и характеристики передачи МДП-транзисторов

Параметры МДП-транзисторов те же, что и для транзисторов с управляющим p-n-переходом. В качестве параметра используют также крутизну характеристики по подложке

С помощью Sn учитывается влияние напряжения на пластине на ток стока. Обычно Sn<S.

На рис. 1.45, а, в даны условные обозначения МДП-транзистора с встроенным n- и р-каналом, на рис. 1.45, б, г – с индуцированным n- и р-каналом.

Рис. 1.45. Условные обозначения МДП-транзистора с встроенным n- , р-каналом; с индуцированным n- и р-каналом

МДП-транзисторы с индуцированным каналом используют чаще, чем транзисторы с встроенным каналом. Существенно то, что при отсутствии сигнала на входе они находятся в закрытом состоянии и не потребляют мощности от источника питания.

• Назад
• Вперёд