Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП)

В отличие от полевых транзисторов с p-n-переходом, в которых затвор имеет непосредственный электрический контакт с областью токопроводящего канала, в МДП–транзисторах затвор изолирован от канала слоем диэлектрика.

МДП–транзисторы со встроенным каналом

Конструкция

Конструкция МДП – транзистора со встроенным каналом n-типа представляет собой кремневую пластинку с электропроводностью р-типа (рисунок 1.42).

В ней созданы 2 области с повышенной проводимостью n⁺-типа. Эти области являются стоком и истоком. Между ними имеется тонкий приповерхностный канал с электропроводностью n-типа. Длина канала примерно на 2 порядка меньше его ширины.

Толщина диэлектрического слоя (обычно это SiO₂) ≈ 0,1 – 0,2 мкм. Сверху диэлектрического слоя расположен затвор в виде тонкой металлической пленки. В МДП–транзисторе обычно делают четвертый электрод, которым является подложка (т. е. пластина p-типа).

Принцип работы

Если при U_зи = 0 приложить напряжение между стоком и истоком U_cи, то через канал потечет ток, представляющий собой поток e^–.

При подаче U_зи > 0 в канале создается поперечное электрическое поле, под влиянием которого электроны проводимости выталкиваются из канала в области стока, истока и в кристалл. Канал объединяется e^–, сопротивление его увеличивается, I_c уменьшается.

Чем больше напряжение на затворе U_зи, тем меньше I_c. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.

Если U_зи < 0, то под действием поля, созданного этим напряжением, из областей стока, истока и кристалла в канал будут приходить e^–, проводимость канала увеличится и I_c возрастет. Этот режим называют режимом обогащения.

Все эти физические процессы наглядно выражаются выходной (стоковой) характеристикой (рисунок 1.43 а).

По выходной характеристике можно построить стока-затворную (переходную) характеристику (рисунок 1.43 б). Как видно, выходные характеристики подобны таким же характеристикам транзистора с управляющим p-n-переходом.

Параметры МДП–транзисторов аналогичны параметрам полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом. Если кристалл имеет электропроводность n-типа, канал должен быть p-типа, а полярность напряжений – обратной.

а б

Рисунок 1.43 – Выходная и стока-затворная характеристики

МДП-транзистор с индуцированным (инверсным) каналом

Конструкция

От транзистора с встроенным каналом он отличается тем, что канал проводимости здесь специально не создается, а возникает (индуцируется) только при подаче на затвор напряжения определенной полярности (рисунок 1.44). При отсутствии этого напряжения канала нет, между истоком и стоком n⁺-типа только кристалл p-типа и на одном из p-n+-переходов получается обратное напряжение.

Рисунок 1.44 – Конструкция МДП – транзистора с индуцированным каналом n-типа

Принцип работы

Сопротивление между И и C велико, транзистор заперт. Но если подать на затвор в данном случае положительное напряжение, то под влиянием поля затвора e^– проводимости будут перемещаться из областей стока, истока и кристалла к затвору. Когда U_зи превысит некоторое отпирающее или пороговое напряжение, то в приповерхностном слое концентрация e^– настолько увеличится, что превысит концентрацию дырок, произойдет инверсия типа электропроводности, т. е. образуется канал n-типа и транзистор начнет проводить ток.

Чем больше положительное напряжение U_зи, тем больше проводимость канала и ток стока. Т. е. такой транзистор может работать только в режиме обогащения, что показывают его выходные характеристики и переходная характеристика (рисунок 1.45).

Рисунок 1.45 – Выходная и стока-затворная характеристики

 

МДП–транзисторы имеют лучшие температурные, шумовые, радиационные свойства по сравнению с полевыми транзисторами с управляющим p-n-переходом, кроме того, они просты в изготовлении.