2 Структура и принцип работы униполярного транзистора с изолированным затвором
Униполярный транзистор, имеющий один или несколько затворов, изолированных от проводящего канала называется униполярным транзисторов с изолированным затвором.
В зависимости от используемого подзатворного окисла такие транзисторы называют МДП-транзисторами (металл – диэлектрик – полупроводник) или МОП- транзисторами (металл – окисел – полупроводник). МДП-транзисторы в настоящее время являются основными типами транзисторов в сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Они находят широкое применение также в мощных ключевых схемах.
Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным (наведенным) и встроенным каналом.
В МДП-транзисторах с индуцированным каналом, проводящий канал между сильно легированными областями истока и стока, а значит и заметный ток стока, появляется только при определенной полярности и при определенном значении напряжения на затворе относительно истока, которое называют пороговым напряжением. При этом проводящий канал возникает за счет проникновения электрического поля через диэлектрический слой в полупроводник (рис.4.5 а).
В МДП-транзисторах с встроенным каналом, проводящий канал между сильно легированными областями истока и стока создан технологически путем локальной диффузии или ионной имплантации примесей, поэтому током стока можно управлять при изменении напряжения как положительной, так и отрицательной полярности (рис.4.5 б).
МДП-транзистор с индуцированным каналом.
Принцип действия такого транзистора рассмотрим на основе структуры, приведенной на рис.4.5 а. Он основан на использовании внешнего электрического поля, под действием которого изменяются значение и тип электропроводности области полупроводника вблизи границы раздела окисел-полупроводник (рис.4.6). Если к металлическому электроду 1 приложить отрицательный относительно нижнего полупроводникового электрода 4 потенциал, то основные носители, имеющие положительный заряд, будут перемещаться из объема полупроводника р-типа проводимости в приповерхностный слой, и вблизи поверхности полупроводника образуется слой 3 с повышенной концентрацией дырок (рис.4.6 а). Такой режим называют режимом обогащения поверхности основными носителями заряда.
Е сли к металлическому электроду 1 приложить положительный относительно нижнего полупроводникового электрода 4 потенциал, то основные носители, имеющие положительный заряд, будут перемещаться из поверхностных слоев в объем полупроводника р-типа проводимости, и вблизи поверхности полупроводника образуется слой 3 с пониженной концентрацией дырок (рис.4.6 б). Такой режим называют режимом обеднения поверхности основными носителями заряда.
Таким образом, изменяя потенциал металлического электрода (затвора), можно изменять значение и тип электропроводности полупроводника вблизи его границы раздела со слоем диэлектрика.
При отсутствии напряжения на затворе или при отрицательном напряжении на затворе относительно истока электрическая цепь представляет собой два п+-р перехода включенных встречно друг другу (рис.4.5 а). Поэтому при любой полярности напряжения исток – сток один из переходов смещается в обратном направлении, и в выходной цепи будет протекать очень малый ток обратно смещенного перехода.
Если к затвору приложен достаточно большой положительный потенциал, то под затворным диэлектриком образуется обедненный слой, содержащий повышенную концентрацию электронов (см. рис.4.6 а), и возникает индуцированный п+-канал, соединяющий области истока и стока. Напряжение на затворе, при котором возникает проводящий канал, называется пороговым напряжением UЗИпор. С изменением напряжения на затворе изменяется концентрация носителей заряда в проводящем канале, а также и толщина или поперечное сечение канала, т.е. происходит модуляция сопротивления проводящего канала. При изменении сопротивления проводящего канала изменяется и ток стока.
Характер семейства выходных характеристик для МДП-транзистора с изолированным каналом аналогичен характеру таких же зависимостей полевого транзистора с управляющим р-п переходом (рис.4.7 а). Сублинейность крутых частей выходных характеристик объясняется уменьшением толщины канала около стока при увеличении напряжения на стоке и неизменном напряжении на затворе, т.к. на сток и на затвор подаются потенциалы одного знака относительно истока. Следовательно, разность потенциалов между стоком и затвором или между затвором и прилегающей к стоку частью канала уменьшается. Другими словами, из-за прохождения по каналу тока стока возникает неэвипотенциальность канала по его длине (см. рис.4.5 а кривые 1-3).
При напряжении насыщения происходит перекрытие канала около стока и дальнейшее увеличение напряжения на стоке вызывает очень малое увеличение тока стока.
При увеличении напряжения на затворе выходные статические характеристики смещаются в область больших токов стока.
В случае семейства передаточных характеристик характеристики при разных напряжениях на стоке выходят из одной точки на оси абсцисс, соответствующей пороговому напряжению на затворе UЗИпор (рис.4.7 б).
МДП-транзистор со встроенным каналом.
Принцип действия такого транзистора рассмотрим на основе структуры, приведенной на рис.4.5 б. В таком транзисторе под затвором создается проводящий канал путем диффузии или ионной имплантации соответствующей примеси.
В такой структуре модуляция сопротивления переходного канала может происходить при изменении напряжения на затворе как положительной, так и отрицательной полярности. Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: режиме обогащения проводящего канала и в режиме обеднения проводящего канала. При положительном напряжении затвора проводящий канал работает в режиме обеднения, когда в проводящем канале возникает избыток электронов и проводимость канала увеличивается. При отрицательном напряжении на затворе в проводящем канале возникает избыток дырок (режим обогащения) и проводимость канала уменьшается.
Э та особенность МДП-транзистора со встроенным каналом отражается на выходных статических характеристиках (рис.4.8 а). Если напряжение на затворе равно нулю, то проводящий канал имеет определенное статическое сопротивление и через него протекает ток стока определенной величины IС0. При положительном напряжении на затворе канал обогащается электронами, и ток стока возрастает. При отрицательном напряжении на затворе канал обедняется электронами, и ток стока уменьшается. При некотором отрицательном напряжении на затворе, которое называется напряжением отсечки UЗИотс, ток стока уменьшается до нуля. Это хорошо видно на передаточной характеристике (рис.4.8 б).
- Вступление
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Полупроводниковые материалы
- 2 Структура и зонная диаграмма собственных и примесных полупроводников
- 3 Параметры собственных полупроводников
- 4 Параметры примесных полупроводников
- 5. Электропроводность примесных полупроводников.
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа №2 Исследование основных типов полупроводниковых диодов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторная схема
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Подготовка измерительного стенда к измерению вольтамперных характеристик диодов и стабилитронов.
- Исследование германиевого микросплавного импульсного диода типа гд508а.
- Исследование кремниевого маломощного стабилитрона типа 1n5201.
- Теоретические знания
- Образование электронно-дырочного перехода
- Вольтамперная характеристика р-п перехода
- Полупроводниковые диоды
- Влияние внешних факторов на вах реальных диодов
- 3 .2 Классификация диодов
- Параметры и применение исследуемых типов диодов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 3 Исследование статических характеристик основных типов биполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- 1. Подготовка измерительного стенда к измерению статических характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с оэ.
- 2. Исследование кремниевого эпитаксиально-диффузионного биполярного транзистора п-р-п типа кт315е.
- Теоретические знания
- 1 Структура и основные режимы работы биполярного транзистора
- 2 Работа транзистора в активном режиме
- 3 Сравнение различных схем включения транзистора
- 4 Малосигнальные параметры биполярного транзистора
- 6 Статические характеристики биполярного транзистора
- 7 Модель Эберса-Молла
- 8 Работа транзистора в импульсном режиме
- 9 Классификация биполярных транзисторов
- 10 Система обозначений биполярных транзисторов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 4 Исследование статических параметров основных типов униполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Исследование полевого транзистора управляемого р-п переходом и каналом п-типа кп303и.
- Теоретические знания
- 1 Структура и принцип работы униполярного транзистора с управляющим р-п переходом
- 2 Структура и принцип работы униполярного транзистора с изолированным затвором
- 4 Малосигнальные параметры униполярных транзисторов
- 5 Основные схемы включения униполярных транзисторов
- 6 Классификация униполярных транзисторов
- 7 Система обозначений униполярных транзисторов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 5 Исследование rс-усилителя на биполярном р-п-р транзисторе, как основного усилителя систем управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Выбор режима работы усилителя по постоянному току
- Нагрузочная прямая строится следующим путем (только для линейной нагрузки):
- 2 Стабилизация работы транзисторного усилителя с помощью отрицательной обратной связи
- 3 Амплитудно - частотная характеристика усилителя
- 4 Эмиттерный повторитель напряжения
- Если учитывать сопротивление базового делителя, то входное сопротивление приблизительно равняется
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 6 исследование основных схем включения операционного усилителя, применяемых в системах управления
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Идеальный операционный усилитель
- 2 Параметры реального операционного усилителя
- 3 Основные схемы включения операционных усилителей
- 4 Зависимость коэффициента усиления оу и фазового смещения от частоты
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 7 Исследование основных схем включения мультивибраторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- 1. Исследование мультивибратора на биполярных транзисторах
- 2. Исследование мультивибратора на операционном усилителе
- Теоретические знания
- 1 Мультивибратор на биполярных транзисторах
- 2 Мультивибратор на основе операционного усилителя (оу)
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 8 исследование типОвых логических функциональных элементов интегральных микросхем
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- Классификация интегральных микросхем
- 2 Условные обозначения и таблицы истинности основных логических элементов
- 3 Типовые схемы базовых логических элементов интегральных микросхем
- 4 Сравнение ттл и кмоп логических элементов
- Контрольные вопросы