МДП – транзисторы

МДП – транзисторами называют полевые транзисторы с изолированным затвором. Затвор представляет собой металлический слой, электрически изолированный от полупроводниковой области проводящего канала тонким слоем диэлектрика. МДП изготовляют на основе кремния. Чаще всего в качестве диэлектрика используется пленка окисла кремния . Получается МОП – окисел – полупроводник.

В зависимости от технологии изготовления различают две разновидности МДП транзисторов: со встроенным каналом, созданным в процессе изготовления, и с индуцированным каналом, который наводится электрическим полем под действием напряжения на затворе. Канал может быть p –типа и n – типа.

Рисунок 39

МДП транзистор со встроенным каналом n – типа, исходным материалом служи кремниевая пластина p – типа, называемая подложкой. В ней создаются области n – типа с большой концентрацией донорной примеси, образующие сток–исток, а между ними тонкий приповерхностный слой n – типа с малой концентрацией примеси, являющийся токопроводящим каналом. На поверхности кристалла создается оксидная пленка , которая изолирует затвор от канала, а также защищает кристалл от внешних воздействий. Металлические контакты с внешними выводами осуществляются от области стока и истока, от металлического затвора, а также в некоторых случаях от подложки. Чаще всего вывод от подложки соединяют с истоком.

Принцип действия МДП – транзистора со встроенным каналом рисунок 39, б основан на изменении проводимости канала под действием поперечного электрического поля, создаваемого напряжением на затворе.

При через транзистор протекает ток под действием напряжения сток–исток приложенного + к стоку при канале n – типа.

По мере увеличения напряжения канал к стоку сужается, проводимость уменьшается, происходит плавный переход к режиму насыщения, при дальнейшем увеличении напряжения происходит пробой.

При подаче на затвор отрицательного напряжения, электрическое поле затвора отталкивает электроны, вытесняя их из канала в область подложки. Канал обедняется основными носителями заряда, проводимость его уменьшается, а значит уменьшается и ток стока . Чем больше отрицательное напряжение затвора по абсолютной величине, тем меньше проводимость канала и меньше .

а) б) Рисунок 40

При подаче положительного напряжения на затвор, электрическое поле затвора притягивает электроны из р – слоя в канал и от n – слоев стока и истока: канал обогащается основными носителями заряда и его проводимость увеличивается. С повышением положительного напряжения на затворе возрастает ток стока .

Cтоко–затворная характеристика МДП транзистора (рисунок 40, б) отражает зависимость тока стока от напряжения затвор–исток. При некотором значении отрицательного напряжения затвор–исток, электроны будут полностью вытеснены из канала, т.е. канал исчезнет, а ток через транзистор упадает до нуля: транзистор закрыт.

МДП транзистор с индуцированным каналом. В отличие от транзистора со встроенным каналом здесь первоначально на подложке р – типа создаются области n –типа истока и стока, а канал не создается. Поэтому при отсутствии управляющего напряжения на затворе транзистор остается закрытым.

Это объясняется тем, что при любой полярности напряжения оба p – n перехода (исток–подложка и сток–подложка) находятся под обратным напряжением, а канал отсутствует.

При подаче на затвор положительного напряжения относительно истока, электрическое поле затвора отталкивает дырки подложки от приповерхостного слоя под затвором в глубину полупроводника, а электроны притягивает в этот слой к границе с диэлектриком. Это приводит к изменению типа электропроводности тонкого слоя у границы на противоположный (инверсия) т.е. индуцируется проводящий канал n – типа.

Напряжение на затворе, при котом ток становится равным нулю при данном значении напряжения , называется пороговым напряжением . При отрицательном напряжении на затворе канал n–типа не индуцируется: транзистор остается закрытым.

а) б) Рисунок 41

Преимущество МДП – транзисторов перед полевыми с управляемым p – n –переходом является гораздо большее входное сопротивление, , существенно меньшие межэлектродные емкости.

Рисунок 42 Рисунок 43

Условно-графическое обозначения МДП транзистора с встроенным каналом n -типа изображено на рисунке 42, а; с каналом р – типа на рисунке 42, б; с каналом n –типа с выводом от подложки на рисунке 42, в; с каналом р – типа с выводом от подложки на рисунке 42, г. Аналогично классифицируется условно-графические обозначения МДП транзисторы с индуцированным каналом (рисунок 43, а, б, в, г).

Широкое распространение получили МДП–транзисторы в интегральных микросхемах благодаря удобной технологии изготовления, низкой стоимости, высокому входному сопротивлению, малому собственному шуму, а также большому коэффициенту усиления напряжения и мощности.