1.7.2Полевые транзисторы с изолированным затвором

П олевые транзисторы с изолированным затвором (рис. 2.15) имеют структуру металл (М)  диэлектрик (Д)  полупроводник (П) (сокращенно МДП).

На подложке р  типа создаются области n  типа, к которым подводятся внешние электроды истока И и стока С. Между металлическим затвором З и подложкой находится диэлектрик Д, чаще всего это диоксид кремния SiO₂. По этой причине МДП-структуры часто называют МОП-струк­турами (металл  оксид  полупроводник). Проводящий слой канала n-типа образуется в поверхностном слое подложки под диэлектриком. Этот канал может быть встроенным (результат технологического процесса) и индуцированным, возникающим под действием электрического поля, создаваемого положительным напряжением, приложенным между затвором и истоком. Это электрическое поле отталкивает носители положительного заряда р в глубь подложки и притягивает электроны п к ее поверхности.

Проводящий канал возникает только при некотором напряжении, называемом пороговым U_nop. Значение U_nop может быть как положительным (для транзистора с индуцированным каналом n-типа), так и отрицательным (длятранзистора с индуцированным каналом р-типа). Условные обозначения МДП-транзисторов с встроенным каналом n-типа приведено на рис. 2.16, а, р-типа — на рис. 2.16, в, с индуцированным каналом n-типа на рис. 2.16, б и р-типа — на рис. 2.16, г. Там же показаны полярности управляющего U_зи и питающего U_сu напряжений.Управляющее напряжение транзисторов с встроенным каналом может быть как положительным, так и отрицательным. Это обусловлено тем, что в этих транзисторах проводящий канал существует уже при U_зи = 0

На рис. 2.17 приведены стоко-затворные характеристики для МДП-транзисторов с индуцированным (кривая 1) и встроенным (кривая 2) каналами n-типа. Выходные характеристики МДП-транзистора (рис. 2.18) имеют два ярко выраженных участка: крутой и пологий.

Н а крутом участке вольт-амперной характеристики ток стока сильно зависит от приложенного напряжения U_cи. На пологом ток стока I_с достигает как бы насыщения и не зависит от U_си, а определяется управляющим напряжением U_зи. В пологой области характеристики транзистор имеет лучшие усилительные параметры: крутизну S и дифференциальное сопротивление r_си.

Отличительной особенностью МДП-транзисторов является большое входное сопротивление (R_вх > 10⁹ Ом), что позволяет управлять мощными цепями с помощью маломощных источников сигнала.

1.8Фотоэлементы. Оптроны

К фотоэлементам относятся фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, светодиод.

Полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от освещенности, называется фоторезистором.

Такие приборы обычно выполняют на основе сульфида или селенида кадмия. При увеличении освещенности сопротивление фоторезистора уменьшается Принцип действия фотодиода (рис. 2.18) основан на возрастании обратного тока p-n  перехода при его освещении. Фотодиод применяется без дополнительного источника питания, поскольку сам является генератором тока, причем сила тока пропорциональна освещенности. Фотодиоды с большой площадью p-n  перехода, предназначенные специально для получения электричес­кой энергии из световой, называют солнечными батареями.

В фототранзисторе p-n-переход коллектор  база представляет собой фотодиод.

На рис. 2.19, а представлена структура фототранзистора, на рис. 2.19, б  его условное обозначение.

Светодиоды изготовляют на основе арсенида-фосфида галия. Они излучают свет при прохождении через них прямого тока. Яркость свечения пропорциональна прямому току. При токе в несколько миллиампер светодиод уже отчетливо светится, поэтому его удобно применять в качестве элементов индикации в полупроводниковых схемах.

Если в одном корпусе совместить светодиод и фоточувствительный элемент, например фототраизистор, то входной ток можно преобразовать в выходной с полным гальваническим разделением цепей. Такие оптоэлектрические элементы называют оптронами.

Коэффициент передачи тока оптрона от 0,1 до нескольких тысяч.