Полевые транзисторы с изолированным затвором обедненного типа

В полевых транзисторах с изолированным затвором не используют р-п- переход. Вместо него применяется металлический затвор, электрически изолированный от полупроводникового канала тонким слоем окисла. Это устройство известно как полевой транзистор на основе структуры металл-окисел-полупроводник (МОП транзистор).

Существует два типа таких транзисторов: устройства п-типа с n- каналами и устройства р-типа с р-каналами. Устройства п-типа с n-каналами называются устройствами обедненного типа, так как они проводят ток при нулевом напряжении на затворе. В устройствах обедненного типа электроны являются носителями тока до тех пор, пока их количество не уменьшится благодаря приложенному к затвору смещению, так как при подаче на затвор отрицательного смещения, ток стока уменьшается. Устройства р-типа с р-каналами называются устройствами обогащенного типа. В устройствах обогащенного типа поток электронов обычно отсутствует до тех пор, пока на затвор не подано напряжение смещения. Хотя полевые транзисторы обедненного типа с р-каналом и транзисторы обогащенного типа с n-каналом и существуют, они обычно не используются.

МОП транзистор обедненного типа с п-каналом

На рисунке изображено сечение полевого транзистора обедненного типа с n-каналом. Он образован имплантацией n-канала в подложку р-типа. После этого на канал наносится тонкий изолирующий слой двуокиси кремния, оставляющий края канала свободными для подсоединения выводов, стока и истока. После этого на изолирующий слой наносится тонкий металлический слой. Этот металлический слой служит затвором. Дополнительный вывод подсоединяется к подложке. Металлический затвор изолирован от полупроводникового канала, так что затвор и канал не образуют р-п-переход. Металлический затвор используется для управления проводимостью канала так же, как и в полевом транзисторе с р-п-переходом.

 

МОП транзистор обедненного типа с n- каналом и приложенным смещением

На рисунке изображен полевой транзистор с изолированным затвором и каналом п-типа. Сток всегда имеет положительный потенциал по отношению к истоку, как и в полевом транзисторе с р-п-переходом. В канале п-типа основными носителями являются электроны, обеспечивающие ток стока (1с), протекающий от истока к стоку. Величиной тока стока управляет напряжение смещения (Ези), приложенное между затвором и истоком, как и в полевом транзисторе с р-п-переходом. Когда напряжение на истоке равно нулю, через устройство течет заметный ток стока, так как в канале имеется большое количество основных носителей (электронов). Когда на затворе отрицательный потенциал по отношению к истоку, ток стока уменьшается вследствие обеднения основных носителей. Если отрицательный потенциал достаточно велик, то ток стока падает до нуля. Основное различие между полевыми транзисторами с р-п-переходом и полевыми транзисторами с изолированным затвором состоит в том, что на затворе полевого транзистора с изолированным затвором может также быть и положительный потенциал по отношению к истоку. В полевом транзисторе с р-п-переходом нельзя подать такой потенциал на исток, так как в этом случае р-п-переход затвор-канал будет смещен в прямом направлении.

Когда напряжение на затворе полевого МОП-транзистора обедненного типа положительно, изолирующий слой из двуокиси кремния предотвращает какой-либо ток через затвор. Входное сопротивление остается высоким, и в канале появляется больше носителей (электронов), что увеличивает его проводимость. Положительное напряжение на затворе может быть использовано для увеличения тока стока МОП транзистора, а отрицательное напряжение на затворе может быть использовано для уменьшения тока стока. Поскольку отрицательное напряжение подается на затвор для обеднения n-канала МОП транзистора, он называется устройством обедненного режима. Когда напряжение на затворе равно нулю, через МОП транзистор течет большой ток стока. Все устройства обедненного типа обычно открываются при напряжении на затворе, равном нулю.

Схематическое обозначение МОП транзистора обедненного типа с n- каналом

Схематическое обозначение МОП транзистора обедненного типа с п-каналом

Заметим, что  вывод затвора отделен от выводов стока и истока. Стрелка, направленная к подложке, указывает, что этот транзистор имеет канал п-типа. В некоторых МОП транзисторах подложка соединена внутри транзистора с истоком, и они не имеют отдельного вывода подложки.

МОП транзистор обедненного типа с n- каналом и правильно поданным напряжением смещения

Правильно смещенный МОП транзистор обедненного типа с п-каналом

Заметим, что он смещен точно так же, как и полевой транзистор с р-п-переходом и каналом п-типа. Напряжение сток-исток (Еси) должно всегда прикладываться таким образом, чтобы сток имел положительный потенциал по отношению к истоку. Напряжение затвор-исток (Еди) должно иметь обратную полярность. Подложка обычно соединяется с истоком либо внутри транзистора, либо снаружи. В специальных случаях подложка может быть соединена с затвором или с другой точкой цепи.

МОП транзистор обедненного типа может быть изготовлен с каналом р-типа. Транзисторы с р-каналом работают точно так же, как и транзисторы с n-каналом. Разница только в том, что основными носителями являются дырки. Вывод стока имеет отрицательный потенциал по отношению к истоку, и ток стока течет в противоположном направлении.

Потенциал затвора может быть как положительным, так и отрицательным по отношению к истоку.

Схематическое обозначение МОП транзистора обедненного типа с р-каналом. Отличие от обозначения МОП транзистора с n-каналом состоит в том, что стрелка направлена от подложки.

Схематическое обозначение МОП транзистора обедненного типа с р-каналом

МОП транзисторы обедненного типа как с п-каналом, так и с р-каналом являются симметричными. Выводы стока и истока можно поменять местами. В специальных случаях затвор может быть смещен от области стока для того, чтобы уменьшить емкость между затвором и стоком. В случае, когда затвор смещен, выводы стока и истока нельзя поменять местами.

Рейтинг: 4 / Голосов: 1