Принцип действия полевого транзистора с управляющим р - п-переходом

Принцип действия приборов на основе полевого эффекта был обоснован еще в 1930-е гг. Дж.Лилиенфельдом и О. Хейлом, тем не менее первый работающий полевой транзистор был создан только в 1962 г. Д. Кантом и М. Атталой. Это говорит о том, что мало знать, что надо сделать, очень важно знать, как это сделать. Принято различать два типа полевых транзисторов: с управляю­щим р-n-переходом и МДП-транзисторы. Начнем их изучение с полевого транзистора с управляющим р-n-переходом, схема ко­торого представлена на рис. 2.8. В полупроводниковой пластине р­-типа сделаны выводы для трех электродов: истока, стока и затво­ра. Два из них - сток и исток - помещены в карман n-типа, а третий - затвор - помещен в карман р-типа (см. рис. 2.8). Слой полупроводника между истоком и стоком, в котором регулирует­ся поток носителей заряда, называется проводящим каналом (на рис. 2.8 показан штриховой линией). Электрод, через который в проводящий канал втекают носители заряда, называется исто­ком,а электрод, через который они вытекают, - стоком.Элект­род, на который подается напряжение, управляющее протекаю­щим через канал током, и расположенный в р-кармане, называ­ется затвором.

При приложении между истоком и стоком потенциала ток мо­жет протекать только в области канала, поскольку между n-карма­ном и р-подложкой располагается обратносмещенный р-n-переход. На р-n - переходзатвора подается обратное напряжение. Глубина образующегося обедненного слоя меняется в соответствии с по­данным напряжением: чем больше обратное напряжение, тем глуб­же обедненный слой, тем меньше толщина проводящего n-кана­ла. Таким образом, изменяя обратное напряжение на затворе, можно менять поперечное сечение проводящего канала и, следо­вательно, его сопротивление. Напряжение, при котором обеднен­ный слой перекрывает весь канал и прекращает протекание тока, называется напряжением отсечки.Поскольку в работе прибора уча­ствуют носители только одного знака, полевые транзисторы час­то называют униполярными.

При отсутствии потенциала между истоком и стоком толщина образованного канала будет одинаковой, зависящей от напряже­ния на затворе согласно выражению

, (2.5)

где W - толщина образованного канала; а - расстояние между границей раздела подложка - n-карман и n-карман - р-карман; ε, - диэлектрическая проницаемость соответственно материала полупроводника и вакуума; - модуль напряжения на затворе; е - заряд электрона; N - концентрация примеси, см^-3.

Приняв W = О, можно найти напряжение отсечки, при кото­ром обедненный слой перекрывает весь канал и ток в канале пре­кращается:

(2.6)

При подаче потенциала между истоком и стоком через канал протекает ток и напряжение на р-n-переходебудет меняться, возрастая вблизи стока, что приведет к несимметричному умень­шению ширины канала. При достижении напряжения отсечки об­разуется «горловина», однако вместо отсечки тока происходит отсечка его приращения, т. е. насыщение тока. Семейство стоко­вых вольтамперных характеристик (ВАХ) - зависимостей тока стока от напряжения исток - сток при различных - представ­лено на рис. 2.9. Кривая 2 соответствует более высокому по моду­лю напряжению (например, 6 В) на затворе, чем кривая 1 (на­пример, 1 В).

Ток стока при этом уменьшается. Ток течет и при нулевом потен­циале на затворе, а сам потенциал может иметь только одну поляр­ность - в данном случае отрицательную. В другом случае р - n-пе­реход будет включен в прямом направлении, начнется инжекция неосновных носителей и транзистор перестанет быть униполяр­ным прибором. Зависимость, определяющая ток стока на пологом участке, хорошо аппроксимируется выражением

(2.7)

где b- коэффициент, называемый крутизной.

Крутизну определяют по формуле

(2.8)

где - подвижность носителей, см²/Вс; Z, L - соответствен­но ширина и длина канала (причем подвижность определяется для объема полупроводника, так как канал не граничит с поверх­ностью).

Рассмотрим второй тип полевого транзистора.

Поиск по сайту: