Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда, протекающим через проводящий канал, управляемый электрическим полем. Характерной особенностью полевых транзисторов являются высокий коэффициент усиления и высокое входное сопротивление.
Известны два типа полевых транзисторов: с управляемым p-n переходом и с изолированным затвором.
Действие полевого транзистора с управляемым p-n переходом основано на зависимости толщины пространственного заряда p-n перехода от приложенного к нему напряжения. В пластинке полупроводника, не охваченной запирающим слоем, образуется токопроводящий канал. Если включить источник питания U си, то через пластинку между невыпрямляющими контактами потечет ток. Средняя часть пластинки - проводящий канал, электрод, через который втекают носители заряда, называется истоком, а через который они вытекают - стоком.
а) б) в)
Рис.33. Схема полевого транзистора с управляемым p-n переходом
|
|
Управляющий электрод называют затвором. Величина тока в канале зависит от сопротивления пластинки между истоком и стоком.
Источник питания U зи создает отрицательное напряжение на затворе, что приводит к увеличению толщины запирающего слоя и уменьшению сечения канала, а это, в свою очередь, меняет и величину тока. Поскольку p-n переход смещен в обратном направлении, входное сопротивление весьма велико. Рост запирающего напряжения U зи может привести к полному перекрытию канала. Такой уровень напряжения на затворе называется пороговым или напряжением отсечки.
Полевые транзисторы с изолированным затвором (сокращенно МДП или МОП транзисторы), имеющие две разновидности, могут иметь один или несколько затворов, изолированных от проводящего канала и друг от друга.
а) б) в)
Рис. 34.Схема полевого транзистора с изолированным затвором с встроенным каналом
У МДП транзистора со встроенным каналом основой является пластинка слабо легированного кремния. Области стока и истока соединены проводящим каналом и обладают более высокой проводимостью. На рисунке (Рис.34,а) основа - кремний р - типа, сток, исток и канал - n +- типа. Затвор выполнен металлическим слоем, отделенным от канала слоем диэлектрика. При подаче на затвор положительного или отрицательного напряжения меняется концентрация носителей заряда в канале, а значит и его проводимость. В рассматриваемом примере при приложении положительного напряжения канал обогащается электронами, а при подаче отрицательного напряжения - обедняется. Это меняет проводимость канала и ток во внешней цепи.
|
|
Рис.35. Схема полевого транзистора с изолированным затвором с индуцированным каналом
У МДП транзистора с индуцированным каналом зоны истока и стока разделены зоной полупроводника обратной проводимости, (Рис.35,а) поэтому при нулевом напряжении на затворе канал отсутствует и тока во внешней цепи нет. У МДП, показанного на рисунке, подложка выполнена из слаболегированного кремния р -типа, сток и исток - из сильно легированного полупроводника n + -типа. Металлический затвор отделен диэлектриком. Пока на затвор не подано напряжение, выходной ток при U си не равном нулю отсутствует, поскольку один из р-n переходов заперт. При подаче на затвор положительного относительно истока напряжения поверхностный слой полупроводника под затвором обогащается электронами, n - области стока и истока замыкаются через образующийся канал. При подаче отрицательного напряжения происходит обогащение дырками и проводящий канал не образуется.