logo
РТЦ / 1) Полупроводники в РЭ

А) структура транзистора с каналом n-типа; б) условные обозначения на схемах; в) вольт-амперные характеристики

Транзистор представляет собой токопроводящий канал, выполненный из полупроводника n- или p-типа (в данном случае – n-типа). Его торцы – исток и сток – снабжены контактами. Через них к транзистору подключается внешний источник напряжения UСИ, обеспечивающий движение основных носителей заряда по каналу от истока к стоку. На боковую поверхность канала нанесен затвор – слой полупроводника другого типа проводимости (в данном случае – p-типа). Между затвором и каналом располагается p-n переход. Затвор снабжен контактом, через который к нему подключается источник напряжения UЗИ.

Исток является инжекторным электродом. Здесь основные носители заряда начинают движение в канале. Сток служит коллекторным электродом. Здесь основные носители заряда заканчивают движение в канале. Затвор – электрод, управляющий величиной поперечного сечения канала.

Источник управляющего напряжения UЗИ, действующий между затвором и истоком, обеспечивает включение p-n перехода в обратном направлении. Увеличение обратного напряжения увеличивает толщину запирающего слоя, уменьшая тем самым сечение канала. Сопротивление канала увеличивается, и поэтому ток основных носителей заряда (в данном случае – электронов) в канале уменьшается.

Процессы, происходящие в транзисторе, представляется семейством выходных (или стоковых) характеристик, определяющим зависимость тока стока IС от напряжений на стоке UСИ и на затворе UЗИ. Графики этого семейства кривых IС = f(UСИ ), где UЗИ – параметр, представлены на рис. 19в.

Если напряжение UЗИ = 0, то при малых значениях UСИ ток IС изменяется примерно прямо пропорционально изменениям напряжения UСИ. При существенном увеличении UСИ запирающий слой p-n перехода со стороны стока расширяется, сужая стоковый участок канала. Рост тока IС сначала замедляется, а затем ток достигает значения насыщения, после чего остается примерно постоянным. При дальнейшем увеличении UСИ возникает электрический (лавинный) пробой.

При отрицательном напряжении UЗИ < 0 исходная проводимость канала уменьшается, поэтому начальный участок данной стоковой характеристики становится более пологим. Кроме этого, переход к режиму насыщения наступит при меньших значениях напряжения и тока стока.

Таким образом, при указанных полярностях внешних источников напряжения в цепях затвора и стока изменением напряжения на затворе транзистора с управляющим p-n переходом можно регулировать величину тока в стоковой цепи.

5.2.2. Полевые транзисторы с индуцированным каналом

Это полупроводниковые приборы, в которых протекающий через транзистор ток основных носителей заряда управляется поперечным электрическим полем, изменяющим толщину наведенного (индуцированного) канала. В отличие от полевого транзистора с управляющим p-n переходом этот транзистор имеет изолированный затвор и поэтому сохраняет высокое входное сопротивление независимо от полярности управляющего напряжения на затворе.

Структура транзистора, в котором индуцируется канал n-типа и условные обозначения транзисторов с каналами n-типа и p-типа на схемах, показаны на рис. 20. В пластинке, называемой подложкой, выполненной из полупроводника n-или p-типа (в данном случае p-типа) создаются две области другого типа проводимости (в данном случае n-типа) с высокой концентрацией основных носителей заряда. Одна из них является истоком, другая – стоком. Поверхность подложки покрыта диэлектрическим слоем, изолирующим электрод затвора, расположенный между истоком и стоком. Подложка, исток, сток и затвор снабжены контактами. Через них к транзистору подключаются внешние источники напряжения UСИ и UЗИ. Первый из них – UСИ обеспечивает движение основных носителей заряда по каналу от истока к стоку, второй – UЗИ предназначен для создания канала и управления его шириной (сечением). Подложку обычно соединяют с истоком. В исходном состоянии, при отсутствии напряжения на затворе (UЗИ = 0), токопроводящий канал между истоком и стоком отсутствует. При подаче на затвор управляющего напряжения UЗИ > 0 в прилегающей к затвору области появляется электрическое поле. По мере увеличения напряжения на затворе это поле вытесняет из прилегающей к затвору области основные носители заряда в подложке – дырки и подтягивает неосновные носители заряда – электроны. При некотором пороговом напряжении на затворе в поверхностном слое подложки тип проводимости изменяется с дырочной на электронную. При этом две области n-типа оказываются соединенными друг с другом посредством n-слоя, образующего канал. В этом канале от истока к стоку движутся носители заряда – электроны. При дальнейшем увеличении напряжения UЗИ канал расширяется, его сопротивление уменьшается. Оно и определяет величину тока IС при UСИ = const.

Рис. 20. Полевой транзистор с индуцированным каналом:

а) структура транзистора с каналом n-типа;

б) условные обозначения на схемах