Польові транзистори

Польовим транзистором називають напівпровідниковий прилад, у якому, на відміну від біполярного транзистора, використовуються основні носії заряду однієї полярності. Рух основних носіїв заряду відбувається під дією поздовжнього електричного поля, а керування здійснюється поперечним електричним полем.

Польові транзистори мають високий вхідний опір, стійкість до радіоактивного випромінювання, менший порівняно з біполярними транзисторами рівень власних шумів і меншу залежність параметрів від впливу температури.

Будова польового транзистора

Польовий транзистор складається з каналу напівпровідника, по якому рухаються носії зарядів, витоку (рис. 1) — через який у канал проходять основні носії заряду, стоку (рис. 2) — ділянки, через яку вони стікають з каналу, затвора (рис. 3) — за допомогою якого здійснюються керування рухом основних носіїв у каналі. Канал може мати електропровідність як р-типу, так і n-типу. Відповідно розрізняють польові транзистори з р-каналом і n-каналом.

За особливостями будови затвора польові транзистори поділяються на:

- транзистори з керівним р-n-переходом (рис. 1);

- транзистори з ізольованим затвором (структура метал-діелектрик-напівпровідник – МДН – транзистори) (рис. 2).

У транзисторах з р-n-переходом затвор відділяє від каналу обернено зміщений р-n-перехід, а в транзисторах з ізольованим затвором канал електрично ізолюється від нього шаром діелектрика (найчастіше — діоксидом кремнію). У свою чергу МДН-транзистори поділяються на МДН-транзистори з наведеним (індукованим) (рис. 3, а) каналом і МДН-транзистори з вбудованим каналом (рис. 3, б).

                                                      Рисунок 1                         Рисунок 2                         Рисунок 3

 Схеми ввімкнення польових транзисторів

Польові транзистори аналогічно біполярним транзисторам можуть вмикатися за такими схемами: із спільним затвором (СЗ) (рис. 4, а), із спільним витоком (СВ) (рис. 4, б); та із спільним стоком (СС) (рис. 4, в):

                                                                        а                                  б                               в

Рисунок 4

Принцип дії польового транзистора ґрунтується на зміні ширини каналу під дією зворотної напруги на р-n-переході. Із збільшенням напруги на затворі ширина збідненого носіями шару збільшується, а поперечний переріз каналу і його провідність зменшуються.

Основними характеристиками польового транзистора є:

• прохідна (сток-затворна) характеристика;

• вихідна характеристика.

Рисунок 5

Прохідна характеристика польового транзистора — це залежність струму стоку від напруги на затворі за умови незмінності напруги витік — стік, тобто , . Прохідна характеристика польового транзистора з керівним р-n-переходом (крива 1), МДН-транзистора із вбудованим каналом (крива 2), МДН-транзистора з наведеним (індукованим) каналом (крива 3) показані на рисунку 5.

Якщо до стоку польового транзистора з керівним р-n-переходом прикласти напругу відносно витоку (потенціал витоку, як правило, приймають рівним нулю), то під дією цієї напруги по каналу йтиме струм IС.

Напругу на затворі відносно витоку збільшуватимемо, починаючи з нуля. Із збільшенням напруги на затворі збільшується товщина збідненого шару, зменшується поперечний переріз каналу і, відповідно, зменшується струм через канал. При деякому значенні напруги на затворі, яка називається напругою відсікання, струм в каналі взагалі припиниться (крива 1 на рис. 5). Оскільки до р-n-переходу польового транзистора прикладена напруга зворотної полярності, то прохідна характеристика польового транзистора з керівним р-n-переходом лежить у другому квадранті.

Прохідна характеристика МДН - транзистора з вбудованим каналом знімається як з додатними, так і з від'ємними значеннями напруги на затворі. Із збільшенням додатних значень товщина вбудованого каналу збільшується, а для від'ємних значень, навпаки, зменшується і може дійти до такого значення (напруга відсікання), коли струм у каналі стане рівним нулю (крива 2 на рис. 5).

У МДН - транзисторі з наведеним (індукованим) каналом струм в каналі можливий лише за наявності на затворі деякої порогової напруги Uпop (крива 3 на рис. 5), прикладеної до затвора відносно витоку. Під дією цієї напруги у напівпровіднику створюється (наводиться) провідний канал і по ньому починає йти струм. Зі збільшенням напруги на затворі товщина наведеного каналу збільшується, відповідно збільшуватиметься струм у каналі (крива 3 на рис. 5).

Рисунок 6

Вихідна характеристика польового транзистора — це залежність струму стоку від напруги на стоці відносно витоку за умови незмінності напруги на затворі, тобто ІС = f(UBC), U3B = const. Вихідні характеристик польового транзистора з керівним р-n-переходом наведено на рисунку 6. Вихідні характеристики МДН-транзистора аналогічні.

Із збільшенням напруги на стоці струм в каналі польового транзистора спочатку збільшується майже лінійно. Далі настає режим насичення і збільшення напруги на стоці не призводить до збільшення струму стоку. Це пояснюється тим, що напруженість поздовжнього електричного поля додається до напруженості поперечного поля і провідний канал від витоку до стоку звужується, відповідно збільшується його опір. Струм насичення польового транзистора тим менший, чим більша напруга на затворі.