Устройство и принцип действия полевых транзисторов с изолированным затвором

Основу прибора составляет пластина полупроводника р-типа. На небольшом расстоянии друг от друга в поверхность основной пластины вплавляют донорную примесь. Затем поверхность пластины кремния подвергают термической обработке, в результате чего на ней наращивается тонкий (0,1 мкм) слой диоксида, являющегося хорошим изолятором. На слой изолятора накладывают металлическую пластину затвора, перекрывающую области донорной примеси n.  Устройство транзистора с изолированным затвором изображено на рис.8

Рисунок 8 – Устройство полевого транзистора с изолированным затвором

1-исток; 2- затвор; 3- сток; 4- металл; 5- диэлектрик; 6- канал n-типа; 7- полупроводник р-типа

Транзисторы с изолированным затвором чаще называют транзисторами типа МДП (металл-диэлектрик-полупроводник).

Упрощенно принцип его работы можно представить следующим образом: при отсутствии напряжения на затворе области n истока и стока разделены непроводящей прослойкой основной пластины; при подаче на затвор положительного напряжения электроны вытягиваются из основной пластины и скапливаются под изолирующей прослойкой. При определенной разности потенциалов концентрация электронов под диэлектриком превысит концентрацию дырок и области n будут соединены проводящим электронным каналом.

В рассмотренном случае проводящий канал между истоком и стоком индуцируется напряжением затвора. Разновидностью МДП-транзисторов являются конструкции, при которых канал «встраивается» в процессе изготовления прибора путем введения соответствующих примесей. Напряжение затвора меняет концентрацию носителей и проводимость встроенного канала.

Полевые транзисторы могут быть изготовлены и на основе пластин n-типа.

Вопросы:

1. Дайте определение полевому транзистору.

2. Как называются электроды полевого транзистора?

3. В чем состоит суть принципа действия полевых транзисторов с управляющим p-n- переходом?

4.  В чем состоит суть принципа действия полевых транзисторов с изолированным затвором?

Тема 5 Тиристоры

План

1. Устройство, виды и назначение тиристоров

2. Принцип действия, вольтамперная характеристика и условное обозначение динистора.

3. Принцип действия, вольтамперная характеристика и условное обозначение тринистора

4. Маркировка тиристоров

 

Устройство, виды и назначение тиристоров

Тиристор – мощный полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три (и более) n-p-перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.

Рисунок 1 – Внешний вид тиристоров

Тиристоры (рис.1) широко используются при управлении мощностью постоянного и переменного токов. Тиристоры применяют в сварочных инверторах, блоках питания зарядного устройства для автомобиля, в генераторах, для устройства простой сигнализации, реагирующей на свет, для управления скоростью вращения двигателей т.д. Главным применением является бесконтактная коммутация электрических цепей.

Тиристоры являются наиболее мощными электронными ключами, способными коммутировать цепи с напряжением до 5 кВ и токами до 5 кА при частоте не более 1 кГц.

Однако они имеют существенный недостаток – неполную управляемость, которая проявляется в том, что для их выключения необходимо создать условия снижения прямого тока до нуля. Это во многих случаях ограничивает и усложняет использование тиристоров.

Для устранения этого недостатка разработаны тиристоры, запираемые сигналом по управляющему электроду. Такие тиристоры называют запираемыми (GTO – Gate turn-off thyristor) или двухоперационными.

Тиристоры изготавливают из кремния диффузионным или диффузионно-сплавным методом и состоят из четырех полупроводниковых слоев р-типа и n—типа, расположенных поочередно (рис.2).

Рисунок 2 – Устройство тиристора с тремя внешними выводами

Основным свойством четырехслойной структуры является способность находиться в двух состояниях устойчивого равновесия: максимально открытом (с большой проводимостью) и минимально закрытом (с малой проводимостью)

По количеству внешних выводов тиристоры делят на динисторы (неуправляемые тиристоры) и тринисторы (управляемые тиристоры). Динисторы имеют два внешних вывода (анод и катод), а тринисторы имеют три вывода (анод, катод и управляющий электрод).

Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.