 |
Полевой транзистор с изолированным затвором
|
|
|
|
ЛЕКЦИЯ 14
Полевые транзисторы
План лекции:
Основные понятия и классификация
14.2. Полевой транзистор с управляющим p-n -переходом
Полевой транзистор с изолированным затвором
Электрические модели полевых транзисторов
Основные понятия и классификация
Полевыми транзисторами называют трёхэлектродные полупроводниковые приборы, управление током в которых осуществлется изменением величины проводимости токопроводящего канала под воздействием электрического поля, приложенного поперечно к направлению протекания тока.
Полевые транзисторы (ПТ) имеют основную (базовую) и управляющую части.
Основная часть образована полупроводником p - или n -типа проводимости. Поэтому в полевых транзисторах в отличие от биполярных ток образован движением носителей заряда только одного знака (основных носителей). Область полупроводника, из которой истекают носители заряда, и соединённый с ней электрод называют истоком. Область, по которой протекает ток, называют каналом. При необходимости указывают тип проводимости канала соответственно типу проводимости полупроводника. Область полупроводника, к которой движутся (стекают) носители заряда, и соединённый с ней электрод называют стоком. Ток в канале создаётся в результате дрейфового движения основных носителей заряда, вызванного продольным электрическим полем между истоком и стоком. Обычно исток и сток являются сильнолегированными областями по сравнению с каналом.
Управляющую часть полевого транзистора и соединённый с ним электрод называют затвором. Затвор создаёт поперечное к направлению протекания тока поле, позволяющее управлять величиной проводимости (сопротивления) канала и, следовательно, величиной тока.
|
|
|
Различают шесть типов полевых транзисторов (рис. 14.1).
Рис. 14.1. Классификация полевых транзисторов и их условные графические обозначения
В ПТ с управляющим p-n -переходом затвор отделён от канала p-n - или n - p- переходом. В ПТ с изолированным затвором между металлическим затвором и каналом расположен слой диэлектрика, так что образуется структура металл-диэлектрик-полупроводник (МДП).
В полевых транзисторах с управляющим p-n -переходом канал расположен на некотором расстоянии от поверхности полупроводникового кристалла параллельно поверхности, а в МДП-транзисторах – непосредственно у поверхности. Исток и сток являются более сильно легированными областями полупроводникового кристалла, чем канал.
14.2. Полевой транзистор с управляющим p-n -переходом
Структуры полевых транзисторов с управляющим p-n -переходом были предложены первыми (рис. 14.2).
Рис. 14.2. Структура полевого транзистора с управляющим p-n -переходом
На пластине полупроводникового кристалла, например, n -типа с двух сторон созданы p -области (p -слои), образующие два электронно-дырочных p-n -перехода. Область кристалла между границами p-n -переходов представляет собой канал n -типа. Выводы от концов канала являются истоком и стоком. Так как конструкция симметричная, то оба вывода эквивалентны и взаимозаменяемы. Поэтому в зависимости от полярности приложенного напряжения вывод, имеющий более высокий потенциал, называют стоком, а другой − истоком.
Электронно-дырочный переход, находящийся под обратным, запирающим его напряжением, образует затвор. Данная конструкция ПТ имеет два затвора, расположенных на противоположных сторонах кристалла и обычно соединяемых друг с другом.
Так как на p-n -переход подано обратное напряжение, то эквивалентный полупроводниковый диод заперт, и ток в цепи затвора очень мал (реальные токи составляют от 1 пА до 1 нА).
|
|
|
Если основная часть ПТ образована полупроводниковым кристаллом с p -типом проводимости, то надо изменить полярности питающих напряжений. Кроме того истоком будет являться вывод, имеющий более высокий потенциал, чем сток.
Принцип работы полевого транзистора с каналом любого типа одинаковы и заключается в следующем.
Под действием разности потенциалов между истоком и стоком от истока в канал поступают носители заряда, которые дрейфуют (движутся) к стоку. Увеличение по абсолютной величине напряжения на затворах приводит к увеличению толщины p-n -переходов и уменьшению толщины канала W (рис. 14.2). Уменьшается площадь поперечного сечения канала, величина тока тоже уменьшается.
Если напряжения 
и равны нулю, то канал имеет наибольшее сечение (рис. 14.3 а).
Полевой транзистор с изолированным затвором
Рис. 14.4. Структура МДП-транзистора
Рис. 14.5. Условные графические обозначения n -канальных МДП- транзисторов
Рис. 14.6. Условные графические обозначения p -канальных МДП-транзисторов
В отличие от дискретного транзистора в интегральном транзисторе используют, как правило, изолирующий p-n -переход, а все выводы располагают с одной стороны кристалла. Необходимость изолирующего p-n -перехода приводит к появлению паразитного транзистора, который в значительной мере влияет на параметры основного транзистора [под ред. Фёдорова, с. 201].
Структура (рис. 9.1).
Планарно-эпитаксиальная технология изготовления n-p-n -транзистора (его параметры лучше, чем у p-n-p -транзистора, он более прост в изготовлении).
Подложка p -типа. В ней диффузией доноров создают локальные 
слои, а затем сверху – однородный эпитаксиальный слой. Слой делят на " n -карманы" путём диффузии акцепторов вокруг скрытого слоя, т.е. получают n -слой.
Затем последовательно диффузией акцепторов и доноров в каждом кармане создают базовую и эмиттерную области.
Выходные контакты создают, используя алюминий. Чтобы получить невыпрямляющий омический контакт алюминия со слаболегированной коллекторной n -областью, под коллекторным алюминиевым контактом создают переходную область.
|
|
|
Изоляция от соседних структур осуществляется: а) по бокам исходной (рассматриваемой) структуры с помощью p-n -перехода n -коллектор − p -подложка (или 
слой) и б) снизу с помощью p-n -перехода между скрытым слоем и p -подложкой.
Характерной особенностью интегрального n-p-n -транзистора является появление в его структуре паразитного p-n-p -транзистора. Эмиттером паразитного транзистора является p -база n-p-n -транзистора, базой − коллекторная n -область n-p-n -транзистора, коллектором – p -подложка.
|
|
|
