Лабораторная работа №3. Изучение полевых транзисторов

Цель работы: Изучение устройства и принципа действия полевых транзисторов различных типов. Снятие семейства выходных и семейства переходных характеристик полевого транзистора и определение его дифференциальных параметров.

 

Приборы и принадлежности: Стенд для снятия характеристик.

 

Теоретические замечания.

 

Полевые транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, ток в которых обусловлен дрейфом основных носителей заряда под действием продольного электрического поля. Управление током в таком приборе осуществляется за счет изменения проводимости полупроводника с помощью поперечного электрического поля.

Область в полупроводнике, в которой регулируется поток но­сителей заряда, называется проводящим каналом. Электрод полевого транзистора, через который в проводящий канал втекают носители заряда, называют истоком, а электрод, через который они вытекают из канала,- стоком. Электрод полевого транзистора, на который подается электрический сигнал, исполь­зуемый для управления величиной тока, протекающего через канал, называют затвором.

К каждому из электродов подсоединяют выводы, носящие соот­ветствующие названия (истока, стока и затвора). Затвор исполняет роль сетки вакуумного триода, исток и сток соответствуют катоду и аноду.

Затвор должен быть электрически изолирован от канала. В за­висимости от способа изоляции различают:

1.)Транзисторы с управ­ляющим p-n – переходом (изоляция затвора от канала осуществ­ляется включенным в обратном направлении р-п – переходом, то есть обедненным слоем этого перехода).

2.) Транзисторы с изолированным затвором, у которых затвор изолирован от канала слоем диэлектрика.

Полевой транзистор с управляющим p-n – переходом.

 

Устройство такого транзистора показано на рис.1. На подложке из p -крем­ния создается тонкий слой полупроводника n -типа, выполняющийфункции канала, то есть токопроводящей области, сопротивление ко­торой регулируется электрическим полем. Канал изолирован р-п – переходом, как от подложки, так и от находящегося над ним затвора. На концах канала находятся исток и сток – сильно легированные n⁺ -области, с помощью которых канал включается в цепь управляемого тока.

	Рис.1.

 

Длину канала делают очень малой (единицы микрометров), ширину канала по возможности большой (обычно в сотни и даже тысячи раз больше длины).

Рассмотренный транзистор имеет канал n – типа. Существует полевые транзисторы с p – каналом; они имеют такое же устройство и принцип действия, отличаются лишь полярностью напряжений питания.

Между затвором и истоком подается напряжение такой полярнос­ти, чтобы оно создавало обратное смещение р-п – перехода, а напряжение между стоком и истоком имеет такую полярность, чтобы основные носители в канале двигались от истока к стоку.

Механизм управления тока в транзисторе заключается в следующем. При увеличении обратного смещения на переходе U_ЗИ область обедненного слоя будет расширяться в область канала n – типа (рис.1). Так как в обедненном слое практически отсутствуют сво­бодные носители заряда, то электрический ток может протекать только между обедненными слоями. Изменяя напряжение U_ЗИ, можно изменять поперечное сечение проводящего канала, то есть его про­водимость, а следовательно, управлять током транзистора. Если напряжение U_ЗИ будет достаточно велико, то произойдет смыкание обедненных областей и ток транзистора станет равным нулю. Напряжение U₀, при котором происходит перекрытие канала, называется напряжением отсечки. При нулевом напряжении на затворе (то есть когда затвор - исток закорочены) ток транзистора I_С максимален. Из сказанного, очевидно, что транзисторы с управляющим p-n - пере­ходом работают только в режиме обеднения, уменьшающего проводимость канала.

В настоящее время получили большое применение полевые тран­зисторы с изолированным затвором, так называемые МДП или МОП – транзисторы (первая аббревиатура характеризует структуру области затвора: металл–диэлектрик-полупроводник; вторая конкретизирует вид диэлектрика: металл-окисел-полупроводник).

В транзисторах с изолированным затвором проводящий канал может быть встроенным и индуцированным.

Полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным ка­налом.

Устройство такого прибора схематически представлено на рис.2. Основой служит пластинка слаболегированного кремния с элек­тропроводностью p – типа. Области истока и стока обладают электропроводимостью n⁺ -типа. Их соединяет узкая слаболегированная область кремния с электропроводностью n – типа – встроенный канал. Затвор представляет собой металлический слой, изолированный от канала диэлектриком.

рис.2

При отрицательном напряжении на затворе (относительно исто­ка) электроны проводимости оттесняются из области канала в объем полупроводника р – типа. Канал обедняется носителями зарядов и его проводимость уменьшается. При подаче на затвор положительного напряжения происходит обогащение электронами объема канала, и его проводимость возрастает. Таким образом, МДП–транзистор со встроен­ным каналом может работать с нулевым, отрицательным и положитель­ным смещением.