Глава 6 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Общие сведения

Полевой транзистор (ПТ) — это трехэлектродный твердотельный прибор, в котором процессы преобразования сигналов осуществляются за счет переноса носителей одного типа (или электронов, или дырок).

Основные электроды полевого транзистора называются исток (И), затвор (3), сток ©. Движение носителей происходит от истока к стоку через канал, расположенный под затвором. Исток, сток и канал — это полупроводниковые области одного и того же типа проводимости. Помимо этих областей, в большинстве полевых транзисторов имеется подложка (П), на которой формируются указанные области. Изменение проводимости канала, а часто и само формирование канала, происходит за счет подачи и изменения потенциала на затворе. Затвор является управляющим электродом. Создаваемое им поле направлено перпендикулярно перемещению носителей в канале, движущихся от истока к стоку под действием продольного поля, формируемого между истоком и стоком. В большинстве случаев канал выполнен в виде слаболегированного тонкого полупроводникового слоя, с п- или р-типом проводимости, который располагается либо у самой поверхности полупроводника, либо внутри кристалла на некотором расстоянии от его поверхности. В противоположность каналу исток и сток являются сильнолегированными областями.

Существует три типа полевых транзисторов: полевые транзисторы (ПТ) с управляющим р-п-переходом, с управляющим переходом металл — полупроводник, полевые транзисторы с изолированным затвором и структурой металл — диэлектрик — проводник (МДП-транзисторы).

Наибольшее распространение получили МДП-транзисторы, которые широко используются в интегральных схемах и как дискретные приборы. МДП-транзисторы применяются в переключающих схемах. Транзисторы с переходом металл — полупроводник находят применение в быстродействующих цифровых интегральных микросхемах и СВЧ-устройствах. ПТ с управляющим р—л переходом используются чаще всего в качестве низкочастотных дискретных приборов.

В транзисторах с любым видом управляющего электрического перехода канал исходно технологически сформирован. Однако в МДП-транзисторах канал часто технологически не сформирован. Он образуется за счет приложения к затвору определенного напряжения и формирования поперечного к поверхности электрического поля. Такие транзисторы называются МДП-транзисторами с индуцированным каналом. Если же в исходном состоянии канал технологически сформирован, то такие приборы называются МДП-транзисторами со встроенным каналом.

Все указанные транзисторы различаются между собой структурой и способом управления проводимостью канала. При этом под способом в данном случае следует понимать не различие физических процессов в каждом типе транзистора, а физико-технологическую структурную разновидность, реализующую изменение проводимости под влиянием потенциалов на электродах. В полевых транзисторах с затворами металл — полупроводник или р—л-переходом на электрический переход подается обратное напряжение, которое изменяет толщину обратносмещенного перехода. Следовательно, напряжение на затворе, меняя толщину обедненного слоя, изменяет и толщину проводящей части канала, т. е. его сопротивление и ток через него. В МДП-транзисторах напряжение на металлическом затворе через тонкий слой диэлектрика создает поперечное относительно поверхности электрическое поле в полупроводнике, которое управляет концентрацией носителей в канале.

Затвор в электрических схемах обычно является входным электродом, поэтому полевые транзисторы имеют, в отличие от биполярных, большое входное сопротивление на постоянном токе, которое определяется либо обратносмещенным электрическим переходом, либо тонким слоем диэлектрика. Поэтому полевые транзисторы, как и электронные лампы (см. гл. 11), относятся к приборам, управляемым напряжением (электрическим полем), в которых входное напряжение определяется ЭДС входного источника и не зависит от параметров самого прибора. В то время как биполярные транзисторы из-за малого входного сопротивления относятся к приборам, управляемым током.

Полевые транзисторы могут включаться по схемам с общим истоком, общим затвором или общим стоком. Наиболее распространенной является схема с общим истоком. Обозначения МДП-транзис;

Рис. 6.1.

торов, включенных по схеме с общим истоком с указанием полярности поданных на электроды напряжений, представлены на рис. 6.1. На рис. 6.1, а и 6.1, в соответственно представлены МДП-транзисторы с индуцированным каналом п-типа и р типа, где область исток — канал — сток изображается штриховой линией, а для транзисторов со встроенными каналами п (рис. 6.1, б) и р-типа (рис. 6.1, г) — сплошной. Условные обозначения в схеме включения с общим истоком для транзисторов с переходом металл — полупроводник и управляющим переходом изображены на рис. 6.1, д и 6.1, е, соответственно для каналов п — и р-типа.