Полевые транзисторы с изолированным затвором

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Полевой транзистор с изолированным затвором (МДП — транзистор) — это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.

МДП — транзисторы (структура: металл-диэлектрик-полупроводник) выполняют из кремния. В качестве диэлектрика используют окисел кремния SiO2. отсюда другое название этих транзисторов — МОП — транзисторы (структура: металл-окисел-полупроводник). Наличие диэлектрика обеспечивает высокое входное сопротивление рассматриваемых транзисторов (1012…1014 Ом).

Принцип действия МДП — транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля. Приповерхностный слой полупроводника является токопроводящим каналом этих транзисторов. МДП — транзисторы выполняют двух типов — со встроенным и с индуцированным каналом.

Рассмотрим особенности МДП — транзисторов со встроенным каналом. В исходной пластинке кремния р — типа с относительно высоким удельным сопротивлением, которую называют подложкой, с помощью диффузионной технологии созданы две сильнолегированные области с противоположным типом электропроводности — n. На эти области нанесены металлические электроды — исток и сток. Между истоком и стоком имеется тонкий приповерхностный канал с электропроводностью n — типа. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод — затвор. Наличие слоя диэлектрика позволяет в таком полевом транзисторе подавать на затвор управляющее напряжение обеих полярностей.

Конструкция МДП — транзистора со встроенным каналом n — типа (а); семейство его стоковых характеристик (б); стоко-затворная характеристика (в) При подаче на затвор положительного напряжения, электрическим полем, которое при этом создается, дырки из канала будут выталкиваться в подложку, а электроны вытягиваться из подложки в канал. Канал обогащается основными носителями заряда — электронами, его проводимость увеличивается и ток стока возрастает. Этот режим называют режимом обогащения. При подаче на затвор напряжения, отрицательного относительно истока, в канале создается электрическое поле, под влиянием которого электроны выталкиваются из канала в подложку, а дырки втягиваются из подложки в канал. Канал обедняется основными носителями заряда, его проводимость уменьшается и ток стока уменьшается. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.

Конструкция МДП — транзистора с индуцированным каналом n-типа (а); семейство его стоковых характеристик (б); стоко-затворная характеристика (в).

Канал проводимости тока здесь специально не создается, а образуется благодаря притоку электронов из полупроводниковой пластины в случае приложения к затвору напряжения положительной полярности относительно истока. При отсутствии этого напряжения канала нет, между истоком и стоком n-типа расположен только кристалл р — типа и на одном из р-n — переходов получается обратное напряжение. В этом состоянии сопротивление между истоком и стоком очень велико, т. е. транзистор заперт. Но если подать на затвор положительное напряжение, то под влиянием поля затвора электроны будут перемещаться из областей истока и стока и из р — области по направлению к затвору. Когда напряжение затвора превысит некоторое отпирающее, или пороговое, значение Uзи пор, то в приповерхностном слое концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и в этом слое произойдет инверсия типа электропроводности, т. е. индуцируется токопроводящий канал n-типа, соединяющий области истока и стока, и транзистор начинает проводить ток. Чем больше положительное напряжение затвора, тем больше проводимость канала и ток стока. Таким образом, транзистор может работать только в режиме обогащения.

Условное обозначение МДП — транзисторов: а? со встроенным каналом n — типа; б? со встроенным каналом р — типа; в? с выводом от подложки; г? с индуцированным каналом n — типа; д? с индуцированным каналом р — типа; е? с выводом от подложки.