Устройство и принцип работы МДП-транзисторов с индуцированным каналом. Схемы включения. Характеристики. Импульсный режим работы БТ. Схема, принцип действия

На рисунке 1.1 приведена структура полевого транзистора с изолированным затвором. Рисунок 1.1 - Разрез структуры МДП-транзистора с индуцированным ка¬налом: 1 — область стока; 2 — металлизация затвора; 3 — подложка; 4 — область исто¬ка; 5 — диэлектрик; 6 — область канала. В чистом или слабо легированном крем¬нии (подложке) диффузией созданы сильно легированные области противоположного по сравнению с подложкой типа проводимости. Это области стока и истока. Металлический электрод затвора изоли¬рован от подложки слоем диэлектрика толщиной 0,15 – 0,3 мкм. Для этой цепи может использоваться любой диэлектрик, обладающий не¬обходимыми электрофизическими параметрами. Но наибольшее прак-тическое применение нашли два типа: диэлектрик на основе окислов кремния и двухслойный диэлектрик на основе окисла кремния и нитрида кремния. При приложении напряжения к структуре металл-диэлек¬трик-полупроводник из-за большой разницы удельных сопротивлений диэлектрика и полупроводника электрическое поле существует только в диэлектрике. Поэтому в соответствии с законом электростатической индукции в полупроводнике вблизи границы раздела образуется поверхностный заряд. На управлении величиной этого заряда поперечным электрическим полем основан принцип действия транзисторов с изолированным затвором. Транзисторы с изолированным затвором делятся на две группы: транзисторы с индуцированным каналом р-типа проводимости и транзисторы со встроенным каналом n-типа проводимости. В основе управления носителями заряда у транзисторов с каналом р-типа лежит явление инверсии. Рассмотрим принцип работы этих при¬боров. При соединении полупроводника n-типа проводимости с диэлек¬триком для образования канала дырочной проводимости необходимо к затвору приложить отрицательное напряжение. Это напряжение, во-первых, компенсирует положительный заряд, сосредоточенный на границе раздела диэлектрик-полупроводник, во-вторых, оттесняет основные носители заряда (электроны) из приповерхностной зоны. Дальнейшее увеличение абсолютной величины отрицательного напря¬жения на затворе приводит к тому, что концентрации ионов примеси будет недостаточно для компенсации электрического поля в ди¬электрике. В результате происходит инверсия типа проводимости поверхностного слоя и образование канала дырочной проводимости. Образовавшийся между стоком и истоком канал работает только в режиме обогащения, так как чем больше напряжение на затворе превышает напряжение инверсии, тем больше проводимость поверх¬ностного слоя. Напряжение на затворе, при котором появляется проводимость канала, называется пороговым. Дальнейшую работу МДП-транзистора с индуциро¬ванным каналом поясняют схемы на рисунке 1.2. Без подачи на¬пряжений на электроды сопротив¬ление сток-исток очень велико и соответствует сопротивлению двух встречно включенных диодов при нулевом смещении (рисунок 1.2,а). При через прово¬дящий слой (рисунок 1.2,б) потечет ток, если приложить напряже¬ние между стоком и истоком. Как и у транзисторов с управляю¬щим p-n переходом, увеличение напряжения сток-исток приве¬дет к перекрытию канала у стока (рисунок 1.2,в) и к насыщению тока канала. Дальнейшее увеличение напряжения приводит к укороче¬нию канала (смещению точки пе¬рекрытия к истоку, рисунок 1.2,г). При этом ток стока остается почти постоянным. Рисунок 1.2 - Схемы, поясняющие принцип работы МДП-транзи¬стора с индуцированным ка¬налом: а — режим равновесия; б — режим инверсии типа проводимости по¬верхностного слоя полупроводника; в — момент перекрытия канала; г — режим насыщения. Четвертый электрод МДП-транзисторов – подложка в боль¬шинстве схем применения соединя¬ется с истоком. Однако иногда подложка используется в качестве затвора, управляющего то¬ком стока, аналогично затвору полевого транзистора с p-n-переходом.