Полевые транзисторы с р-n-переходом

Структура ПТ с n-каналом приведена на рис. 4.1, а. При изготовлении транзистора на подложке методом наращивания получают слой n-полупроводника с малой концентрацией примесей, который используется в качестве канала. На поверхности этого слоя получают слой полупроводника р-типа с высоким содержанием примесей. Между ними возникает р-n-переход.

С помощью невыпрямляющих контактов металл-полупроводник делаются выводы затвора(З)от области полупроводника р-типа и выводы истока(И)истока (С) на концах канала. Электрод, от которого двигаются носители заряда (в ПТ с n-каналом – электроны), называют истоком, а электрод, к которому они движутся, стоком.

Подобную конструкцию имеют и транзисторы с каналом р-типа. Условные обозначения транзисторов с каналами n- и р-типов приведены на рис. 4.1, б, в. Управляющее (входное) напряжение подается на затвор относительно истока Uзи. Оно для р-n-перехода является обратным (запирающим)

Управляющие свойства транзистора объясняются тем, что при изменении напряжения Uзи изменяется ширина р-n-перехода и, как следствие, сечение канала и его проводимость. Так как n-слой имеет меньшую концентрацию примесей, чем р-слой, то изменение ширины р-n-перехода происходит в основном за счет изменения ширины канала.

Рис. 4.1. Полевой транзистор с p-n-переходом:

а – упрощенная структура; б – УГО транзистора с n-каналом;

в – УГО транзистора с p-каналом

Особенностью полевого транзистора является то, что на проводимость канала оказывает влияние как управляющее напряжение на затворе Uзи, так и напряжение на стоке Uси. Если напряжение приложено только к входной цепи транзистора (рис. 4.2, а), то увеличение Uзи приводит к равномерному сужению канала по всей его длине (4.2, б). При этом ток стока Iс = 0, поскольку напряжение на канале Uси = 0. При некотором напряжении на затворе канал полностью перекрывается (рис. 4.2, в) и не может пропускать электрический ток. Это напряжение называется напряжением запирания Uзо.

Если изменяется напряжение только на стоке, то при Uси > 0 через канал протекает ток Ic, в результате чего по всей длине канала создается падение напряжения, возрастающее в направлении стока. Это напряжение является запирающим для р-n-перехода и приводит к постепенному сужению канала по его длине. При напряжении Uси = Uзо происходит такое сужение канала, при котором канал смыкается с подложкой (рис. 4.2, д) и сопротивление канала становится достаточно большим. При дальнейшем увеличении напряжения Uси точка с потенциалом Uзо будет смещаться в глубину канала и его сопротивление резко увеличиваться (рис. 4.2, е).

Для полевых транзисторов представляют интерес два семейства вольтамперных характеристик: стоковые и стокозатворные.

Рис. 4.2. Зависимость конфигурации канала ПТ от внешних напряжений:

а, б, в – при изменении напряжения на затворе (Uси = 0); г, д, е – при изменении напряжения на стоке (Uзи = 0)

Стоковые (выходные) характеристики (рис. 4.3, а) отражают зависимость тока стока от напряжения сток-исток при фиксированном напряжении на затворе и представляются в виде семейства кривых. На каждой из этих кривых можно выделить три характерные области:

І – начальная область;

ІІ – рабочая область и

ІІІ – пробой р-n-перехода.

В начальной области влияние напряжения Uси на сопротивление канала незначительно, сопротивление канала мало и ток Iсбыстро нарастает (рис. 4.3 – линейный участок 0 – а). По мере увеличения напряжения Uси (рис. 4.3 – участок а – б) сужение токо-проводящего канала оказывает все более существенное влияние на его проводимость; точка «б» соответствует напряжению Uси = Uз0, при котором происходит перекрытие р-n-перехода. Наступает рабочий режим ІІ, который характеризуется тем, что с увеличением Uси ток Iс меняется незначительно. Это происходит потому, что при большом напряжении Uси канал стягивается в узкую горловину. Наступает своеобразное динамическое равновесие, при котором увеличение Uси вызывает рост тока Iс, а рост тока Iс – вызывает дальнейшее сужение канала и соответственно уменьшение тока Iс. Этот режим также называетсярежимом насыщения канала.

Рис. 4.3. Вольт-амперные характеристики ПТ с р-n-переходом: