4.2. Полевые транзисторы

Полевые транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, в которых прохождение тока обусловлено дрейфом основных носителей заряда под действием продольного электрического поля. Управление величиной тока в них осуществляется путем изменения электропроводности токопроводящего слоя (канала) полупроводника поперечным электрическим полем. Каналом служит тонкий слой однородного полупроводника. По конструктивному исполнению и технологии изготовления полевые транзисторы можно разделить на две группы:

1. полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом;

2. полевые транзисторы с изолированным затвором.

Основной особенностью полевых транзисторов, по сравнению с биполярными, является их высокое входное сопротивление, которое может достигать 10⁹ – 10¹⁴ Ом. Таким образом, эти приборы можно рассматривать как управляемые потенциалом, что позволяет на их основе создать схемы с чрезвычайно низким потреблением энергии в статическом режиме. Последнее особенно существенно для электронных статических микросхем памяти с большим количеством запоминающих ячеек.

Так же, как и биполярные, полевые транзисторы могут работать в ключевом режиме, однако падение напряжения на них во включенном состоянии весьма значительно, поэтому эффективность их работы в мощных схемах меньше, чем у биполярных приборов.

Полевые транзисторы могут иметь каналы как p-типа, так и n-типа, управление которыми осуществляется при разной полярности на электродах (поскольку m_n > m_p, выгоднее применять n-канал). Это свойство комплементарности расширяет возможности при конструировании схем и широко используется при создании запоминающих ячеек и цифровых схем на основе МДП-транзисторов.

4.2.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом Структура и принцип действия пт

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом (ПТУП) – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала p-n-переходом, смещенным в обратном направлении (рис. 4.14).

Электрод, из которого в канал входят носители заряда, называютистоком; электрод, через который из канала уходят носители заряда, – стоком; электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, – затвором. При подключении к истоку отрицательного (для n-канала), а к стоку положительного напряжения в канале возникает электрический ток, создаваемый движением электронов от истока к стоку, т.е. основными носителями заряда. В этом заключается существенное отличие полевого транзистора от биполярного. Движение носителей заряда вдоль электронно-дырочного перехода (а не через переходы, как в биполярном транзисторе) является второй характерной особенностью полевого транзистора.

П

Рис. 4.15. Форма канала при напряжении на затворе U_{зи отс}

ри отсутствии напряжения на входе (U_зи = 0) ток I_с, создаваемый этими электро­нами, определяется напряжением стока (U_си) и сопротивле­нием канала, зависящим от его поперечного сечения.

При подаче на переход обратного напряжения U_зи < 0, его ширина равномерно увеличивается, сечение канала уменьшается по всей его длине и сопротивление канала возрастает. Самое низкое сопротивление канала и соответственно самый большой ток через него будет при нулевом напряжении на затворе (U_зи = 0), затем по мере увеличения ширины перехода при возрастании U_зи и соответственно уменьшении сечения канала ток будет падать, и при некотором напряжении на затворе произойдет смыкание переходов, канал полностью перекроется и ток через него перестанет протекать. Это напряжение называется напряжением затвор-исток отсечки (U_{зи отс}). Канал в этом случае будет иметь вид, показанный на рис. 4.15.