Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом. Физические принципы функционирования

ПТУП – полупроводниковый прибор, принцип работы которого заключается в управлении тока электрическим полем. Структура полевого транзистора с n-каналом показана на рисунке 2 [4].

 

V_DS – напряжение перехода затвор-сток, V_GS – напряжение перехода затвор-исток, I_S – ток истока, I_D – ток стока, I_G – ток затвора.

Рисунок 2 – Базовая структура ПТУП с n-каналом

 

Она состоит из проводящего канала, который имеет два омических контакта, один из которых является истоком, а другой стоком, между которыми приложено напряжение сток-исток. Третий электрод, затвор, формирует область канала p-n-перехода. Таким образом, ПТУП – по существу резистор, управляемый напряжением, и его сопротивление изменяется с изменением ширины обедненной области, простирающейся внутрь канала.

Так как процессы проводимости преимущественно осуществляется одним типом носителей заряда, в отличие от биполярного транзистора (БТ), в котором используются оба типа носителей, ПТУП также называется униполярным транзистором.

Обозначения и полярности напряжений переходов для n-канального и p-канального ПТУП показаны на рисунке 3.

 

а)                                                б)

а) ПТУП с n-каналом. б) ПТУП с p-каналом.

Рисунок 3 – Обозначения ПТУП и полярности напряжений переходов

Направление стрелки затвора ПТУП указывает направление протекания тока затвора, если переход затвора смещен в прямом направлении.

Таким образом, для n-канального ПТУП напряжение затвор-исток должно быть нулевым или отрицательным, а напряжение сток-исток положительным. P-канальный ПТУП требует противоположных полярностей напряжения.

Чтобы проанализировать физические принципы функционирования ПТУП, для полевого транзистора с n-каналом рассмотрим сначала очень малые напряжения сток-исток V_ds (рисунок 2). В этом режиме смещение затвор-канал, а, следовательно, и ширина обедненной области у затвора одинаковы по всему каналу. Вид канала в разрезе показан на рисунке 4.