Устройство и принцип работы МДП-транзисторов с индуцированным каналом. 
Схемы включения. 
Характеристики. 
Импульсный режим работы БТ. Схема, принцип действия

На рисунке 1.1 приведена структура полевого транзистора с изолированным затвором.

Рисунок 1.1 — Разрез структуры МДП-транзистора с индуцированным каналом: 1 — область стока; 2 — металлизация затвора; 3 — подложка; 4 — область истока; 5 — диэлектрик; 6 — область канала.

В чистом или слабо легированном кремнии (подложке) диффузией созданы сильно легированные области противоположного по сравнению с подложкой типа проводимости. Это области стока и истока. Металлический электрод затвора изолирован от подложки слоем диэлектрика толщиной 0,15 — 0,3 мкм. Для этой цепи может использоваться любой диэлектрик, обладающий необходимыми электрофизическими параметрами. Но наибольшее прак-тическое применение нашли два типа: диэлектрик на основе окислов кремния и двухслойный диэлектрик на основе окисла кремния и нитрида кремния.

При приложении напряжения к структуре металл-диэлектрик-полупроводник из-за большой разницы удельных сопротивлений диэлектрика и полупроводника электрическое поле существует только в диэлектрике. Поэтому в соответствии с законом электростатической индукции в полупроводнике вблизи границы раздела образуется поверхностный заряд. На управлении величиной этого заряда поперечным электрическим полем основан принцип действия транзисторов с изолированным затвором.

Транзисторы с изолированным затвором делятся на две группы: транзисторы с индуцированным каналом р-типа проводимости и транзисторы со встроенным каналом n-типа проводимости. В основе управления носителями заряда у транзисторов с каналом р-типа лежит явление инверсии. Рассмотрим принцип работы этих приборов.

При соединении полупроводника n-типа проводимости с диэлектриком для образования канала дырочной проводимости необходимо к затвору приложить отрицательное напряжение. Это напряжение, во-первых, компенсирует положительный заряд, сосредоточенный на границе раздела диэлектрик-полупроводник, во-вторых, оттесняет основные носители заряда (электроны) из приповерхностной зоны. Дальнейшее увеличение абсолютной величины отрицательного напряжения на затворе приводит к тому, что концентрации ионов примеси будет недостаточно для компенсации электрического поля в диэлектрике. В результате происходит инверсия типа проводимости поверхностного слоя и образование канала дырочной проводимости. Образовавшийся между стоком и истоком канал работает только в режиме обогащения, так как чем больше напряжение на затворе превышает напряжение инверсии, тем больше проводимость поверхностного слоя. Напряжение на затворе, при котором появляется проводимость канала, называется пороговым.

Дальнейшую работу МДП-транзистора с индуцированным каналом поясняют схемы на рисунке 1.2.

Без подачи напряжений на электроды сопротивление сток-исток очень велико и соответствует сопротивлению двух встречно включенных диодов при нулевом смещении (рисунок 1.2,а).

При через проводящий слой (рисунок 1.2,б) потечет ток, если приложить напряжение между стоком и истоком. Как и у транзисторов с управляющим p-n переходом, увеличение напряжения сток-исток приведет к перекрытию канала у стока (рисунок 1.2,в) и к насыщению тока канала. Дальнейшее увеличение напряжения приводит к укорочению канала (смещению точки перекрытия к истоку, рисунок 1.2,г). При этом ток стока остается почти постоянным.

Рисунок 1.2 — Схемы, поясняющие принцип работы МДП-транзистора с индуцированным каналом: а — режим равновесия; б — режим инверсии типа проводимости поверхностного слоя полупроводника; в — момент перекрытия канала; г — режим насыщения.

Четвертый электрод МДП-транзисторов — подложка в большинстве схем применения соединяется с истоком. Однако иногда подложка используется в качестве затвора, управляющего током стока, аналогично затвору полевого транзистора с p-n-переходом.