Классификация и условные обозначения полевых транзисторов

Классифицировать полевые транзисторы можно по трем параметрам:

- по полярности носителей заряда в канале: n – или p – канальные;

- по типу изоляции затвора: транзисторы с управляющим p – n переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором;

- по типу легирования канала: транзисторы обогащенного или обедненного типа.

Управление током полевого транзистора выполняется с помощью электрического поля, созданного управляющим сигналом. В полупроводнике имеется область, в которой перемещаются носители заряда и проводимостью которой управляет внешнее электрическое поле. Эта область называется проводящим каналом, или просто каналом, и может быть полупроводником p – или n – типа, электрод, через который в канал поступают носители заряда, называется истоком (обозначается И). Электрод, через который выходят из полупроводника носители заряда, называется стоком (С). Электрод, на который подается управляющий сигнал, называется затвором (З).

Затвор изолирован от проводящего канала либо p – n переходом, на который подано обратное смещение (диодная изоляция), либо слоем диэлектрика (оксид кремния). В первом случае имеем полевой транзистор с управляющим p - n переходом, во втором – транзистор с изолированным затвором – МДП – или МОП – транзистор. Аббревиатура МДП – металл – диэлектрик – полупроводник (МОП – металл – оксид - полупроводник) отражает структуру транзистора в области затвора. Металл – это металлизированный электрод затвора.

Из восьми возможных комбинаций, допускаемых, выше перечисленными тремя классификационными параметрами в настоящее время реализованы пять. Их можно представить в виде следующей диаграммы (рис.2):

В электрических схемах полевые транзисторы имеют свое графическое изображение, представленное на рис. 3

а) р – канальный полевой транзистор с управляющим p – n gперходом; б) то же с n – каналом; в) МОП – транзистор с встроенным р – каналом; г) то же с n – каналом; д) МОП – транзистор с индуцированным р - каналом; е) тоже с n – каналом.

2.2. Полевой транзистор с управляющим p – n переходом

 

Полевой транзисторс управляющим p – n переходом (ПТУП) имеет два омических перехода в области истока и стока, через которые проходит управляемый поток основных носителей, и один или два управляющих p – n перехода, смещенных в обратном направлении (рис.4). Как видно из рис.4, на управляющие переходы подано обратное смещение и на них же подается управляющий переменный внешний сигнал. При изменениях обратного напряжения на p – n переходах изменяется ширина зоны обеднения или области пространственного заряда (ОПЗ), показанной на рис.4 штриховой линией. Вследствие этого изменяется ширина канала d, по которому могут свободно перемещаться носители, и,

следовательно, сопротивление участка исток – сток и ток через нагрузку . Таким образом, ПТУП способен управлять током стока, создаваемым внешним достаточно мощным источником питания в цепи нагрузки, в зависимости от маломощного источника управляющего сигнала. Так как в цепи управления при этом могут протекать только малые обратные токи p - n перехода, то мощность, потребляемая транзистором от источника сигнала в цепи управления, ничтожно мала.

Рассмотрим сначала процессы в канале ПТУП при . Зависимость толщины канала d от напряжения затвор – исток имеет вид:

 

(2.1)

 

где: - максимальная толщина канала при ; - суммарная толщина ОПЗ, в зависимости от ; [ ] – электрическая постоянная; - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, q – элементарный заряд носителей; N – концентрация основных носителей.

При некотором значении ОПЗ занимает весь канал () - происходит так называемая отсечка канала. Из (2.1) легко находится напряжение , при котором отсечка канала наступает ( - напряжение отсечки при d = 0):

(2.2)

 

Тогда (2.3)

Рассмотрим процессы в канале при . В этом случае на толщину канала, кроме , будет влиять и , которое плавно возрастает вдоль оси x (рис. 5, а). В точке канала с координатой x напряжение будет , а напряжение на p – n переходе ( + ). Толщина канала, поэтому тоже зависит от x:

(2.4)

 

С ростом толщина канала больше всего уменьшается в области стока (при ), так как там будет наибольшее запирающее напряжение. Следовательно, сопротивление канала будет возрастать даже при неизменном напряжении с ростом напряжения . При некотором граничном значении напряжения , равном

, (2.5)

канал в точке перекрывается ОПЗ.

Перекрытие канала ОПЗ не означает прекращения тока в транзисторе. При малых напряжениях сток – исток <

сужение канала увеличивает его сопротивление , но оно возрастает медленнее, чем напряжение . Поэтому на этом участке значений ток стока возрастает сначала почти линейно, а вблизи значений рост тока замедляется. Поэтому при достижении = ток стока достигает некоторого значения, которое называют начальным током стока .

 

При > ОПЗ заполняет канал по его длине, смещаясь в сторону истока (рис.5, б). Потенциал канала в точке А практически не изменяется и равен , поэтому разность напряжений приходится на область ОПЗ длиной

 

. Ток стока при этом остается практически постоянным и равным . Поскольку само перекрытие канала, областью пространственного заряда есть следствие роста тока стока , поэтому после перекрытия отсекается не сам ток, а его приращения за счет роста . Небольшой рост тока в этой области все – таки происходит за счет уменьшения длины канала до и соответствующего уменьшения сопротивления канала . Эта область напряжений > соответствует участку насыщения тока и является рабочей (усилительной) областью, поскольку здесь ПТУП по отношению к внешней цепи представляется источником постоянного тока и имеет большое выходное сопротивление.