Программа работы

1. Снятие статических характеристик ПТ.

2. Снятие семейства выходных характеристик ПТ с затвором в виде р-n перехода.

3. Снятие проходной характеристики ПТ, включённого по схеме с общим истоком.

Общие положения

Полевым называют транзистор, управляемый электрическим полем, или транзистор с управляемым каналом для тока.

Ток в полевом транзисторе создаётся носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), вследствие чего эти транзисторы часто называют униполярными.

Носители заряда в полевом транзисторе являются основными для активной области, его параметры не зависят от времени жизни неосновных носителей (как у биполярных транзисторов), что определяет их высокие частотные свойства и меньшую зависимость от температуры.

Каналом считают центральную область транзистора. Электрод, из которого в канал поступают основные носители заряда, называют истоком И, а электрод, через который основные носители уходят из канала, – стоком С. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором З.

Изготавливают полевые транзисторы из кремния. В зависимости от электропроводности исходного материала, различают транзисторы с p- и с n- каналом.

В отличие от биполярных, полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление и поэтому требуют очень малых мощностей для управления. Полевые транзисторы подразделяются на два основных типа: с затвором в виде p-n-перехода и с изолированным затвором.

Полевой транзистор с затвором в виде p-n-перехода представляет собой кремниевую пластину, например n-типа, на верхней и нижней гранях которой созданы области с проводимостью противоположного типа, например p-типа (рис.60,а). Эти области электрически связаны, образуя единый электрод-затвор. Область с n-проводимостью, расположенная между p-областями; образует токовый канал. На торцевые поверхности пластины наносят контакты, образующие два других электрода И и С, к которым подключается источник питания U_с и, при необходимости, сопротивление нагрузки. Между каналом и затвором возникают два p-n-перехода. Ток протекает от истока к стоку по каналу, сечение которого зависит от затвора.

Рис.60. Полевой транзистор: а) структура; б) схема включения с затвором

в виде р-n перехода; в) обозначения ПТ с затвором в виде р-n перехода

При увеличении отрицательного потенциала на затворе, p-n-переходы запираются и расширяются практически за счет канала; сечение канала, и, следовательно, его проводимость, уменьшаются, ток через канал падает. При некотором U_з = U_зо, называемом напряжением отсечки, области p-n-переходов смыкаются по всей длине канала, сток и исток оказываются изолированными друг от друга, ток I_с равен нулю.

Если при неизменном U_з увеличивать U_с, то ток через канал (I_с) возрастёт. При этом увеличивается падение напряжения на канале, которое способствует увеличению обратного напряжения на p-n-переходах, вызывая тем самым сужение канала. При некотором U_с = U_нас, называемом напряжением насыщения, канал настолько сужается, что дальнейшее увеличение U_с не увеличивает I_с.

Полевые транзисторы с изолированным затвором или МДП-транзисторы находят более широкое применение, так как имеют более простую конструкцию и обладают лучшими электрическими свойствами.

У МДП-транзисторов (металл – диэлектрик – полупроводник) между полупроводниковым каналом и металлическим затвором расположен изолирующий слой диэлектрика.

Принцип работы МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника под воздействием поперечного электрического поля. МДП-транзисторы управляются напряжением и имеют чрезвычайно большое входное сопротивление, и в отличие от полевых транзисторов с затвором в виде p-n-перехода сохраняют его большим независимо от величины и полярности входного напряжения. Применяются две конструкции МДП-транзисторов: МДП-транзиторы со встроенным каналом и МДП-транзисторы с индуцированным каналом.

У МДП-транзисторов со встроенным каналом (рис.61) в полупроводниковой пластине (подложке), например n-типа, в процессе изготовления в приповерхностном слое создают области, например, p-типа, образующие электроды стока и истока. Перемычка между С и И с проводимостью p-типа является каналом для протекания тока стока I_с даже при отсутствии управляющего напряжения U_з = 0 на затворе.

Рис.61. МДП-транзистор со встроенным каналом: а) изображение структуры;

б) характеристика; в) схемы обозначения

При подаче положительного напряжения на затвор, электрическое поле выталкивает основные носители (дырки) из канала, его сопротивление растёт, а I_с падает.

Такой режим носит название «режим обеднения». При отрицательном напряжении на затворе электрическое поле притягивает дырки из подложки, они скапливаются в области канала, сопротивление канала уменьшается, I_с растёт («режим обогащения»).

У МДП-транзисторов с индуцированным каналом (рис.62) последний заранее не создаётся, и в транзисторах, использующих пластину с проводимостью, например, n-типа, при U_з > 0 и U_з = 0 ток I_с = 0. Образование канала в таких приборах происходит при подаче на затвор только отрицательного напряжения (U_з < 0). Тогда в результате вытеснения из поверхностного слоя электронов и подтягивания дырок из n-пластины происходит образование между стоком и истоком инверсного слоя полупроводника с проводимостью, аналогичной проводимости С и И, в данном случае p-типа, и, чем более отрицательным будет напряжение на затворе, тем больший I_с будет в канале.

Рис.62. МДП-транзистора с индуцированным каналом:

а) изображение структуры; б) характеристика; в) схемы обозначения

Основные характеристики полевых транзисторов:

крутизна характеристики передачи

S = dI_с / dU_з при U_с = const;

дифференциальное сопротивление стока (канала) на участке насыщения

R_вых = dU_с / dI_с при U_з = const.