Будова польових транзисторів
Польовий транзистор – напівпровідниковий прилад, у якому струм створюють основні носії під дією повздовжнього електричного поля. Керування величиною струму здійснюється поперечним електричним полем, яке створюється напругою, що прикладена до керуючого електрода (затвору). Цей прилад має високий коефіцієнт підсилення і високий вхідний опір.
На малюнку праворуч схематично зображена будова одного з типів польового транзистора: метал-оксидного (MOSFET), або МОН (метал-оксид-напівпровідник). Усі транзистори такого типу мають витік, стік та канал, яким відповідають емітер, колектор та база. Струм в транзисторі протікає через канал, що утворено легованою областю напівпровідника, розташованою між підкладкою і затвором. До каналу під'єднані два електроди — витік, що є джерелом носії заряду й стік, до якого носії заряду стікаються. Контакти між витоком та стоком і каналом робляться омічними. Для цього приконтактні області сильно легують. Ці області позначені на рисунку n+.
Польовий транзистор – напівпровідниковий прилад, у якому струм створюють основні носії під дією повздовжнього електричного поля. Керування величиною струму здійснюється поперечним електричним полем, яке створюється напругою, що прикладена до керуючого електрода (затвору). Цей прилад має високий коефіцієнт підсилення і високий вхідний опір.
Найпростіший польовий транзистор становить тонку пластинку напівпровідникового матеріалу з одним p‑n переходом у центральній частині та з невипрямляючими контактами по краях (Рис. 7.1). Дія цього приладу грунтується на залежності товщини p‑n переходу від прикладеної до нього напруги. Оскільки p‑n перехід (запірний шар) майже цілком позбавлений рухомих носіїв заряду, його провідність практично рівна нулеві. Таким чином, у пластинці напівпровідника утвориться струмопровідний канал, перетин якого залежить від товщини p‑n переходу (запірного шару). Якщо увімкнути джерело живлення 
, як показано на Рис. 7.1, то через пластинку напівпровідника між невипрямляючими контактами потече струм. Напівпровідникова область, від якої починають рух основні носії, називається витоком, а область, до якого вони рухаються через канал, — стоком.
, як показано на Рис. 7.1, то через пластинку напівпровідника між невипрямляючими контактами потече струм. Напівпровідникова область, від якої починають рух основні носії, називається витоком, а область, до якого вони рухаються через канал, — стоком.
Напівпровідникова область, що використовується для управління величиною струму, який протікає через канал, називається затвором. До кожної з областей приєднуються виводи, що носять відповідні назви (витоку, стоку і затвора). Величина струму в каналі (при і 
) залежить від опору пластинки між стоком і витоком, тобто від ефективної площі поперечного перерізу каналу.
і ) залежить від опору пластинки між стоком і витоком, тобто від ефективної площі поперечного перерізу каналу.
Джерело 
створює негативну напругу на затворі, що спричиняє збільшення товщини p‑n переходу та зменшення перетину каналу.
створює негативну напругу на затворі, що спричиняє збільшення товщини p‑n переходу та зменшення перетину каналу.
Зі зменшенням перетину каналу збільшується опір між витоком і стоком та знижується величина струму 
. Зменшення напруги на затворі викликає зменшення опору каналу і зростання струму . Отже, струм, що протікає через канал, можна модулювати сигналами, позитивними відносно затвора.
. Зменшення напруги на затворі викликає зменшення опору каналу і зростання струму . Отже, струм, що протікає через канал, можна модулювати сигналами, позитивними відносно затвора.
Оскільки p‑n перехід затвора увімкнений у зворотньому напрямку, вхідний опір приладу дуже великий.
Негативна напруга, яка прикладена до затвора (відносно витоку), може викликати таке розширення p‑n переходу, при якому струмопровідний канал виявиться перекритим. Ця напруга називається граничною (або напругою відсічки).
До p‑n переходу затвора прикладена не тільки напруга , але і напруга, яка виділяється на розподіленому опорі каналу і створена струмом, який протікає від витоку до стоку. Тому ширина p‑n переходу в стоку збільшиться, а ефективний перетин каналу відповідно зменшиться (Рис. 7.1).
, але і напруга, яка виділяється на розподіленому опорі каналу і створена струмом, який протікає від витоку до стоку. Тому ширина p‑n переходу в стоку збільшиться, а ефективний перетин каналу відповідно зменшиться (Рис. 7.1).
Прилади даного типу називаються польовими (канальними) транзисторами з керуючим p‑n переходом. Робота цих транзисторів базується на модуляції ефективного перетину каналу, що здійснюється зміною товщини запірного шару зворотно зміщеного p‑n переходу.
В даний час широке поширення одержали польові транзистори з ізольованим затвором, так звані МДН‑транзистори (метал — діелектрик— напівпровідник) або МОН‑транзистори (метал — окисел — напівпровідник).
В транзисторах з ізольованим затвором модуляція провідності каналу здійснюється за допомогою металевого електрода, відділеного від каналу тонким шаром діелектрика.
Конструкція такого приладу схематично наведена на Рис. 7.2. Основою приладу служить пластинка (підкладка) зі слаболегованого кремнію з p‑провідністю. Стік і витік володіють n‑провідністю. Між ними проходить вузька слаболегована смужка кремнію з n‑провідністю (канал). Затвор виконується у виді металевої пластинки, яка ізольована від каналу шаром діелектрика.
Канал може збіднюватися або збагачуватися рухомими носіями заряду (електронами) шляхом прикладання до затвора негативної або позитивної напруги (відносно витоку). При негативній напрузі на затворі електрони провідності, “виштовхуються” з області каналу в об’єм напівпровідника підкладки. При подачі на затвор позитивної напруги відбувається “втягування” електронів провідності з підкладки в канал. Отже, зміна напруги на затворі викликає зміну провідності каналу (і, відповідно, струму, який протікає через цей канал).
При протіканні струму через канал потенціал стоку підвищується. Це викликає збіднення основними носіями (електронами) області каналу, розташованої поблизу стоку, що рівносильно звуженню ефективного перетину каналу транзистора з керуючим p‑n переходом.
У такий спосіб на відміну від польового транзистора з керуючим p‑n переходом транзистор з ізольованим затвором може працювати з нульовим, негативним або позитивним зміщенням. Іншою важливою перевагою польових транзисторів з ізольованим затвором є дуже високий вхідний опір, обумовлений опором ізолюючого прошарку між затвором і каналом.
Розглянутий польовий транзистор з ізольованим затвором, у якому канал між стоком і витоком отриманий технологічним шляхом, називається МДН‑транзистором із вбудованим каналом.
Рис. 7.2. Структура польового Рис. 7.3. Структура польового МДН-
МДН-транзистора транзистора з індукованим каналом
із вбудованим каналом
Різновидом польових транзисторів з ізольованим затвором є прилади, у яких відсутня керована провідність між областями стоку і витоку при напрузі між затвором і витоком, рівній нулеві. Це МДН‑транзистори з індукованим каналом (Рис. 7.3).
Підкладка транзистора з індукованим каналом — це високоомний, слаболегований кремній з n‑провідністю, а стік і витік — сильнолеговані області з p‑ провідністю. Металевий затвор відділений від кристала тонким шаром ізолятора. Поки на затвор не подана негативна напруга відносно витоку, вихідний струм при 
близький до нуля. Дійсно, незалежно від полярності прикладеної між стоком і витоком напруги один з p‑n переходів (витік — підкладка або підкладка — стік) виявиться закритим і вихідний струм буде визначатися зворотним струмом закритого переходу та струмом витоку. При подачі на затвор негативної напруги відносно витоку поверхневий шар напівпровідника, що лежить під затвором, виявиться збагаченим дірками, тобто поверхневий тонкий шар напівпровідника змінить свою провідність з електронної на діркову. В результаті р‑області стоку і витоку замкнуться тонким каналом напівпровідника такого ж типу провідності. Чим більшою буде прикладена негативна напруга між затвором і витоком, тим сильніше буде збагачений канал дірками і тим вищою буде провідність каналу.
близький до нуля. Дійсно, незалежно від полярності прикладеної між стоком і витоком напруги один з p‑n переходів (витік — підкладка або підкладка — стік) виявиться закритим і вихідний струм буде визначатися зворотним струмом закритого переходу та струмом витоку. При подачі на затвор негативної напруги відносно витоку поверхневий шар напівпровідника, що лежить під затвором, виявиться збагаченим дірками, тобто поверхневий тонкий шар напівпровідника змінить свою провідність з електронної на діркову. В результаті р‑області стоку і витоку замкнуться тонким каналом напівпровідника такого ж типу провідності. Чим більшою буде прикладена негативна напруга між затвором і витоком, тим сильніше буде збагачений канал дірками і тим вищою буде провідність каналу.
ри подачі на затвор позитивної напруги напівпровідник біля ізолюючого шару буде збагачений електронами і провідного каналу між витоком і стоком не утвориться.
Будова
На малюнку праворуч схематично зображена будова одного з типів польового транзистора: метал-оксидного (MOSFET), або МОН (метал-оксид-напівпровідник). Усі транзистори такого типу мають витік, стік та канал, яким відповідають емітер, колектор та база. Струм в транзисторі протікає через канал, що утворено легованою областю напівпровідника, розташованою між підкладкою і затвором. До каналу під'єднані два електроди — витік, що є джерелом носії заряду й стік, до якого носії заряду стікаються. Контакти між витоком та стоком і каналом робляться омічними. Для цього приконтактні області сильно легують. Ці області позначені на рисунку n+.
Немає коментарів:
Дописати коментар