Материал: TTE_Lect1

2.Внутрішній (диференційний) опір

Становить від кількох десятків до сотень кілоомів. Може бути одержаний за вихідними характеристиками ПТ.

3 Статичний коефіцієнт підсилення напруги

Коефіцієнт може бути визначений за формулою

Значення rзв лежить у межах від кількох сотень кілоомів до

одиниць мегаомів. Воно може бути знайдене за статичними вхідними (затворними) характеристиками.

11.2Польові транзистори з ізольованим затвором (МДН - транзистори)

11.2.1 Ефект поля.

В основу роботи ПТ з ізольованим затвором (МДП - або МОН - транзисторів) покладене явище, яке називають ефектом поля. Суть цього явища полягає в наступному.

Нехай до напівпровідникового кристала n типу приєднано металеву пластину (рисунок 11.11), яка не має гальванічного зв’язку з кристалом, оскільки відділена від останнього ізолювальною діелектричною плівкою.

146

Рисунок 11.11 – До пояснення ефекту поля в напівпровіднику

Якщо до металевої пластини і до кристала (підкладки) припаяти електроди і подати напругу плюсом до металевої пластини і мінусом до підкладки, то в кристалі виникає електричне поле. Під дією цього поля електрони з глибини НП дрейфують до поверхні, збагачуючи основними носіями приповерхневий шар і внаслідок цього збільшуючи його електронну провідність (див. праву гілку графіка рисунка 11.11,

позначену n ).

Якщо тепер змінити полярність під’єднання напруги U (як це показано на рисунку 11.11), то поле змінить свій напрям і електрони від поверхні кристала дрейфуватимуть углиб. Приповерхневий шар кристала збіднюється на основі носіїв за рахунок відтоку електронів і притоку власних дірок з глибини НП. Електронна питома провідність шару біля поверхні зменшується до величини власної питомої

провідності i (див. ділянку від U =0 до U =Uпор у другому квадранті графіка рисунка 11.11). При пороговій напрузі встановлення власної питомої провідності i шару означає, що концентрація

електронів дорівнює концентрації дірок ni pi . Якщо на металевій пластині збільшувати негативну напругу стосовно підкладки далі, то

дірок у приповерхневому шарі стає більше, ніж електронів, nn pn ,

шар набирає провідності p – типу, і між шаром і рештою кристала виникає p-n – перехід (рисунок 11.11). Це явище називають інверсією типу електропровідності приповерхневого шару. Подальше збільшення

147

негативної напруги на металі призводить до збагачення інвертованого

шару на дірки – зростає діркова питома провідність (гілка p на характеристиці рисунка 11.11).

11.2.2 МДН - транзистори з індукованим каналом Будова МДН - (МОН) транзистора з індукованим каналом

p – типу зображена на рисунку 11.12.

а) б) в)

Рисунок 11.12 – Будова МДП - транзистора з індукованим каналом: а) Uзв =0; б) Uзв <0; в) схемні позначення

У НП n типу (підкладці) дифузійним способом створені дві збагачені p області , які не мають між собою електричного зв’язку, бо

відділені одна від одної зустрічними p-n – переходами. Одна з цих областей є витоком, друга – стоком. Металева пластина, відділена від поверхні підкладки ізолювальним шаром двоокису кремнію, відіграє роль затвора.

При Uзв =0 і ненульовій напрузі стоку (рисунок 11.12, а) між

витоком і стоком проходить малий зворотний струм p-n – переходу. Транзистор закритий.

Якщо тепер до металевого затвора прикласти стосовно підкладки негативну напругу, то під дією електричного поля починається дрейф електронів від поверхні вглиб кристала. При

електропровідності приповерхневого шару і виникає канал p - типу, що

148

з’єднує електрично області витоку і стоку (рисунок 11.12, б). При ненульовій напрузі стоку через канал і в зовнішньому колі походитиме

струм IC , який у каналі зумовлений рухом дірок від витоку до стоку.

Оскільки струм IC , що проходить через канал, створює на його опір спад напруги U(x) , як у ПТУП, то електричне поле біля витоку стає

більшим, ніж біля стоку, і тому канал біля витоку ширший.

При збільшенні негативної напруги на затворі глибина проникнення інверсного шару в НП збільшується , канал розширюється,

його провідність і струм стоку IC зростають. Цей режим, коли

збільшення за модулем напруги Uзв приводить до зростання струму

стоку IC , називають режимом збагачення.

Очевидно, що при прикладенні до затвора позитивної напруги струм буде складати мізерну величину, як струм p-n – переходу в зворотному ввімкненні , оскільки каналу не існуватиме.

Статична стокозатворна характеристика МДН - транзистора подана на рисунку 11.13.

Форма характеристики відповідає принципу дії МДН – транзистора з індукованим каналом. З характеристики бачимо , що такі МДН - транзистори збагаченого типу.

Рисунок 11.13 – Стокозатворна характеристика МДН - транзистора з індукованим p – каналом

Стокові (вихідні) характеристики МДН - транзистора з індукованим каналом показані на рисунку 11.14.

149

Рисунок 11.14 – Вихідна характеристика МДН - транзистора збагаченого типу

За формою вони аналогічні до вихідних характеристик зумовлені подібними процесами у каналі. Зміщення

характеристик угору при збільшенні негативної напруги Uзв >Uзв пор

зумовлене розширенням каналу і зменшенням його електричного опору (зростанням струму стоку).

МДН – транзистори з індукованим каналом, крім їх використання як дискретних приладів (КП 301, КП 304 з p - каналом, КП 350 з n - каналом) використовують у мікроелектроніці в так званих КМОН - структурах.

11.2.3 МДН - транзистори із вбудованим каналом У МДН - транзисторах із вбудованим каналом канал

створюється конструктивно, на стадії виготовлення, а не виникає внаслідок інверсії типу електропровідності приповерхневого шару, як у транзисторах з індукованим каналом. Тому в таких транзисторах при нульовій напрузі на затворі і при напрузі між стоком та витоком, відмінній від нуля, через канал проходить деякий струм, який

називають початковим струмом стоку ICпоч (рисунок 11.15).

150