2. С управляющим p-n переходом 1. С изолированным затвором (МДП) 1.1. Со встроенным каналом 1.2. С индуцированным каналом Полевые транзисторы Полевые транзисторы- - презентация

1 2. С управляющим p-n переходом 1. С изолированным затвором (МДП) 1.1. Со встроенным каналом 1.2. С индуцированным каналом Полевые транзисторы Полевые транзисторы- полупроводниковые приборы, работа которых основана на модуляции сопротивления полупроводникового материала поперечным электрическим полем. У них в создании электрического тока участвуют носители заряда только одного типа (электроны либо дырки). Полевые транзисторы бывают двух видов: - с управляющим p-n-переходом; - со структурой металл-диэлектрик- полупроводник (МДП) МДП-транзисторы могут быть : - со встроенными каналами - с индуцированными каналами 1-1. Принцип действия 1-2. Расположение зарядов Характеристики Характеристики 2-1. Характеристики 2-2. Расчет характеристик 2-3. Эквивалентная схема п.т.

2 С изолированным затвором (МДП)Принцип действия : Полевые транзисторы Физической основой работы полевого транзистора со структурой металл-диэлектрик- полупроводник является эффект поля, который состоит в том, что под действием внешнего электрического поля изменяется концентрация свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника. Внешнее поле обусловлено приложенным напряжением на металлический электрод- затвор. В зависимости от знака и величины приложенного напряжения присутствуют четыре состояния области пространственного заряда полупроводника: обогащение, обеднение, слабая и сильная инверсия. В области инверсии концентрация неосновных носителей заряда в канале выше, чем концентрация основных носителей в объеме полупроводника. Изменяя величину напряжения на затворе, можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и тем самым модулировать сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи вызовет изменяющийся в соответствии с изменением сопротивления канала ток стока т. е. будет реализован эффект усиления.

3 С изолированным затвором (МДП)Расположение зарядов : Полевые транзисторы

4 С изолированным затвором (МДП)Со встроенным каналом Полевые транзисторы Если на затвор транзистора со встроенным n- каналом подано отрицательное напряжение, то в канале создается поле, под влиянием которого электроны выталкиваются из канала, обедняя его основными носителями. Чем меньше носителей, тем меньше тока в кана- ле. Если на затвор подано положительное напряжение, то электрическое поле втягивает электроны в канал, обогащая его основными носителями. Таким образом, меняя величину и полярность напряжения Uзи можно, как и в транзисторе с управляющим p-n – переходом, менять величину проводимости канала. Проводимость канала в МДП-транзисторе меняется не за счет изменения поперечного сечения канала, а за счет изменения концент- рации носителей в нем под действием напря- жения на затворе. МДП-транзистор со встро- енным каналом может работать как при отри- цательном, так и при положительном напря- жении на затворе.

5 С изолированным затвором (МДП)Со встроенным каналом Полевые транзисторы Характеристики: Характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом: а) выходные (стоковые); б) прямой передачи (стоко - затворные).

6 С изолированным затвором (МДП)С индуцированным каналом Полевые транзисторы В МДП-транзисторе с индуцированным кана- лом в исходном состоянии между истоком и стоком отсутствует токопроводящий канал, который индуцируется только при соответст- вующем напряжении на затворе, называемом пороговым напряжением U0. При подаче на затвор положительного напряжения возника- ющее электрическое поле отталкивает дырки от поверхности в глубь p-полупроводника. И при дальнейшем увеличение положительного напряжения на затворе приповерхностная область p–полупроводника продолжает обед- няться дырками т.е. у поверхности p-полупро- водника образуется тонкий слой с инверсной электронной проводимостью. В этом слое под действием электрического поля накапливают- ся электроны между стоком и истоком, и фор- мируется n-канал. Изменяя напряжение на затворе, изменяем концентрацию электронов в канале и управляем проводимостью канала.

7 С изолированным затвором (МДП)С индуцированным каналом Полевые транзисторы Характеристики: Характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом: а) выходные (стоковые); б) прямой передачи (стоко – затворные). Зависимость описывает выходную характеристику МДП- транзистора до перехо- да в режим насыщения, т.е. при Uси

8 С управляющим p-n переходом Полевые транзисторы На подложке из p-кремния создается тонкий слой полупроводника n –типа, выполняющий функцию токопроводящей области (канала). Канал изолиро- ван p-n переходами от подложки и затвора. Затвор используется для управления величиной попереч- ного сечения канала. На концах канала находятся – сильно легированные n+ - области, благодаря которым формируется омический контакт с метал- лическими электродами стока и истока.При подклю- чении положительного напряжения Uси между сто- ком и истоком возникает дрейфовое движение ос- новных носителей заряда (электронов) от истока через канал к стоку. Появится ток стока Iс, который будет максимальным (Iс мах) при полностью открытом канале, то есть при Uзи=0.При подаче отрицательного напряжения на затвор (Uси

9 С управляющим p-n переходом Полевые транзисторы Характеристики: А) выходные характеристики: Iс=f(Uси) при Uзи=const и В) характеристика прямой передачи: Iс=f(Uзи) при Uси=const

10 С управляющим p-n переходом Полевые транзисторы Характеристики:Расчет: Теоретически выходная (стоковая) характеристика (начальный участок) описывается уравнением : при Uси Uси нас) аппроксимируется зависи- мостью В качестве параметров полевого транзистора используют следующие величины (для схемы с ОИ): выходное дифференциальное сопротивление Крутизна характеристики прямой передачи Статический коэффициент усиления

11 С управляющим p-n переходом Полевые транзисторы Эквивалентная схема ПТ: При работе полевого транзистора на высоких частотах необходимо учесть влияние меж- электродных емкостей и распределенных сопротивлений канала r к, стока r с. Межэлектродные емкости: - емкость затвора на исток Сзи и подложку Сзп; - емкость затвора по отношению к каналу Сзк; - емкость стока на затвор Сзс; - емкость стока на подложку Ссп.