МОП (МДП) транзисторы

 

Основой МОП (металл – оксид - полупроводник) транзистора является кремниевая подложка с проводимостью p- или n- типа (рис. 5.5). На подложке на малом расстоянии друг от друга созданы две области - истока и стока с проводимостью, противоположной проводимости материала подложки. Между стоком и истоком над поверхностью расположена металлическая пленка - затвор, изолированная от подложки тонким слоем диэлектрика - диоксида кремния SiO₂. Отсюда и другие названия приборов этого класса: МДП-транзисторы или транзисторы с изолированным затвором.

Участок подложки под затвором между истоком и стоком образует проводящий канал. Работа МОП транзистора основана на изменении концентрации свободных носителей заряда в канале под влиянием электрического поля, создаваемого напряжением, приложенным между затвором и истоком. Для этих приборов характерна взаимозаменяемость стока и истока, т. е. ток в канале может протекать в обоих направлениях в зависимости от полярности напряжения, приложенного к каналу.

В зависимости от устройства канала проводимости различают МОП транзисторы со встроенным и индуцированным (наведенным) каналом. Это в равной мере относится к приборам p- и n- типа. У транзисторов со встроенным каналом канал является элементом конструкции, а у приборов с индуцированным каналом канал, как таковой, отсутствует: он наводится внешним напряжением.

Напряжение питания подают на сток и исток. У транзисторов с каналом n-типа сток должен иметь положительный потенциал относительно истока. Так как подложка образует с каналом диодное соединение, то напряжение на ней должно быть ниже напряжения проводимости. Она может быть соединена с истоком или с точкой схемы, в которой напряжение ниже, чем у истока n – канального и выше чем у p – канального МОП – транзистора. Вывод подложки в большинстве случаев соединяют с истоком.

МОП - транзисторы со встроенным каналом находят применение в аналоговой технике. В дискретной технике употребляется МОП - транзистор с индуцированным каналом.

На рис.6 изображены передаточные характеристики МОП транзисторов со встроенным и индуцированным каналами для n - и p - типов. Эти характеристики показывают зависимость тока стока (канала) транзистора от напряжения затвор - исток. Выходные характеристики МОП – транзистора подобны выходным характеристикам транзистора с управляющим p – n переходом.

У МОП – транзистора затвор может иметь любую полярность о относительно истока; при этом тока затвора не будет, поскольку затвор гальванически не связан с цепью сток – исток.

Характеристики МОП транзистора со встроенным каналом аналогичны характеристикам транзистора с управляющим p – n переходом.

Рассмотрим подробнее работу транзистора с индуцированным каналом n-типа. При включении транзистора напряжение на стоке должно быть одной полярности с напряжением на затворе, при котором образуется канал проводимости. Когда на затворе нулевое напряжение, ток в цепи сток - исток отсутствует, так как обе эти области электрически изолированы друг от друга. Когда к затвору транзистора приложено положительное напряжение, в слое полупроводника подложки под затвором происходит инверсия типа проводимости поверхностного слоя между истоком и стоком за счет концентрации свободных электронов.

С ростом положительного смещения на затворе наступает момент, когда концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и в материале подложки p - типа образуется тонкий инверсный слой n - типа. Этот слой становится токопроводящим каналом между n- областями истока и стока.

Напряжение затвор - исток, при котором возникает канал и в цепи сток - исток появляется ток, называется пороговым U_пор. Пороговое напряжение лежит в пределах 1,5 - 3 В.

Канал в транзисторах p- типа формируется сходным образом с той лишь разницей, что электроны и дырки меняются местами. МОП - транзисторы с наведенным каналом часто называют транзистором с обогащением.