1.2.4.Полевые транзисторы.

Принцип работы полевого транзистора основан на модуляции сопротивления проводящего канала под воздействием электрического поля.

Рис.1.20. Обозначения полевого транзистора с изолированным затвором: (A) c индуцированным каналом p-типа, (B) c индуцированным каналом n-типа.

Существуют два основных класса полевых транзисторов: c управляющим p-n переходом и с изолированным затвором, из которых мы кратко остановимся на последнем.

В основном кристалле проводимости р или n типа подключены электроды истока и стока. Сверху находится слой диэлектрика, на который напыляется электрод затвора.

Если вместо диэлектрика нанесена окись металла, то такой тип элемента будет называться МОП-транзистором.

Рассмотрим принцип работы полевого транзистора с n-каналом (подложка p-типа). На подложке р – типа сформированы две области n-типа - сток и исток, а затвор отделен от подложки тонким слоем диэлектрика. Если напряжение на затворе отсутствует, то электрическая цепь сток-исток через p-область подложки содержит обратно включенный р–n переход при любой полярности напряжения стоком и истоком, и ток через транзистор пренебрежимо мал. Если к затвору транзистора приложить достаточно большое положительное напряжение, то в р–области на границе с диэлектриком образуется (индуцируется) инверсный токопроводящий канал n–типа, соединяющий области стока и истока. По этому каналу может протекать ток сток - исток с малым сопротивлением транзистора. На практике обычно исток и подложку заземляют, а на сток падают положительное напряжение (n-канал). Такой тип транзистора называется полевым транзистором с индуцированным каналом. Его ВАХ (рис.1.21) сходна с ВАХ биполярного транзистора (рис. 1.24), где можно отметить аналогичные участки режимов насыщения (I) и усиления (II) разделяемые напряжением отсечки U_отс, которое определяет формирования проводящего канала между истоком и стоком. Участок III соответствует режиму пробоя транзистора.

Рис. 1.21. ВАХ полевого транзистора с индуцированным n-каналом. Напряжение на затворе u_зи1> u_зи2 >u_зи3.

Существуют полевые транзисторы (с изолированным затвором) с встроенным каналом. Канал образуется при изготовлении в виде тонкого приповерхностного слоя с n – проводимостью между стоком и истоком. Благодаря встроенному каналу ток стока не равен нулю даже при нулевом напряжении на затворе, и только достаточно большое отрицательное напряжении разрушит его, то есть разомкнет цепь исток-сток за счет оттягивания электронов вглубь подложки. ВАХ такого элемента аналогична ВАХ лампового триода (рис.1.3), где роль сетки играет затвор, а роль анода - сток. В обозначении полевого транзистора с встроенным каналом (n или p-типа) пунктирная вертикальная линия между стоком и истоком (рис. 1.20) заменяется сплошной.

1.2.5. Полупроводниковые приборы как элементы интегральных микросхем.

Интегральную микросхему (ИС), содержащую десятки, сотни и даже тысячи полупроводниковых элементов, можно получить либо в пластине твердого тела, либо на ее поверхности. Первый вариант составляют полупроводниковые ИС, представляющие собой слои резисторов, транзисторов, диодов и конденсаторов, выполняющие заданные функции.

Во втором случае все элементы (кроме активных) наносят на диэлектрическую пластину (подложку) в виде поликристаллических или аморфных слоев. Полученную ИС помещают в корпус с внешними выводами, а активные элементы (диоды, транзисторы) навешивают на пленочную схему, в результате чего получают гибридную (пленочно-дискретную) схему. Особенностью гибридной ИС является высокие номиналы резисторов и конденсаторов, их повышенная точность и функциональная сложность, недостижимые в полупроводниковой ИС. Однако наиболее распространены на практике и перспективны полупроводниковые ИС из-за их малых размеров и незначительной стоимости.

Отметим, что до сих пор не удалось использовать в твердом теле какие-либо физические явления, эквивалентные электромагнитной индукции. Поэтому при разработке ИС стараются реализовать необходимую функцию без использования индуктивностей или применяют навесные индуктивные элементы.

Различают два класса полупроводниковых ИС: биполярные и МДП. Основной элемент первого класса ИС – n-p-n транзистор, а второго – МДП-транзистор. Все остальные элементы ИС изготовляются на базе основного.

Функциональная сложность ИС характеризуется степенью интеграции K=lgN, где N – число элементов ИС. Различают простые ИС (K<1, N<10), средние ИС (1<K<2), большие ИС (2<K<3) и сверхбольшие (СБИС) (K>3, N>1000).

Наряду с достоинствами ИС (низкая стоимость, малые размеры и т.д.) существуют и недостатки: диапазон номиналов значений параметров элементов ограничен, сложно сделать элементы с малыми допусками на некоторые электрические параметры, хуже частотные характеристики ИС из-за паразитных связей.