МДП-транзистор со встроенным каналом

Полевой транзистор с изолированным затвором

У таких транзисторов между полупроводниковым каналом и металлическим затвором расположен изолирующий слой из диэлектрика - МДП-транзисторы (металл - ди­электрик - полупроводник), частный случай - окисел кремния - МОП-транзисторы.

Принцип действия МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием электрического поля. Приповерхностный слой полупроводника является токопроводящим каналом этих транзисторов.

При приложении положительного напряжения к затво­ру электрическое поле притягивает электроны из подлож­ки, они скапливаются в области канала, сопротивление ка­нала уменьшается и ток стока растет (режим обогащения) (рис. 23, в при U_си >0).

При отрицательном напряжении на затворе электриче­ское поле выталкивает электроны из канала в подложку, сопротивление канала увеличивается и ток стока падает (ре­жим обеднения). Поскольку затвор изолирован от остальной цепи, малый ток затвора I₃ вызывается только утечкой по изоляции. Мощность управляющей цепи МДП-транзистора практически равна нулю.

Рисунок 23 - МДП-транзистор со встроенным каналом n-типа (а);

семейство стоковых характеристик (б); стоко-затворная характеристика (в)

МДП-транзистор с индуцированным каналом

Ка­нал между областями, связанными со стоком и истоком, не создается и при напряжении U_зи=0 выходной ток отсут­ствует, I_с =0. Прибор может работать только в режиме обогащения, когда поле затвора притягивает носители со­ответствующего знака, создающие проводящий канал меж­ду областями истока и стока.

Рисунок 24 - МДП-транзистор с индуцированным каналом n-типа(а);

семейство стоковых характеристик (б); стоко-затворная характеристика (в)

Рисунок 25 - Схемные обозначения МДП-транзисторов со встроенным каналом n-типа (а), р-типа (б) и выводом от подложки (в); с инду­цированным каналом n-типа (г), р-типа (д) и выводом от подложки (е)

Мощные МДП-транзисторы с индуцированным каналом называют также MOSFET транзисторы. Используются в основном в качестве ключевых элементов, например в импульсных источниках питания.

Ключевые элементы на МДП-транзисторах имеют ряд преимуществ: цепь сигнала гальванически не связана с источником управляющего воздействия, цепь управления не потребляет тока, обладают двухсторонней проводимостью.

Комбинированный транзистор, состоящий из управляю­щего MOSFET и выходного биполярного каскада, на­зывается биполярный транзистор с изолированным затвором БТИЗ - IGBT (insulated gate bipolar transistor), в котором соединяются достоинства полевых и биполяр­ных транзисторов, работающих в ключевом режиме.

Достоинством IGBT является больший коэффициент усиления и значительное снижение по­следовательного сопротивления (по сравнению с MOSFET) силовой цепи в открытом состоянии. Благодаря этому снижаются тепловые потери на замкнутом ключе.

Рисунок 26 - Принцип действия

и условное обозна­чение транзистора IGBT