Полевые транзисторы с изолированным затвором

Дальнейшим развитием полевых транзисторов являются транзисторы с изолированным затвором. У них металлический затвор отделён от полупроводникового канала тонким слоем диэлектрика. Иначе эти приборы называют МДП – транзисторы (от слов металл–диэлектрик–полупроводник) или МОП – транзисторы (от слов металл-оксид-полупроводник).

В данном транзисторе основанием служит кремниевая пластина с электропроводностью p – типа. В ней созданы две области с электропроводностью -типа с повышенной проводимостью. Эти области являются стоком и истоком.

Между стоком и истоком имеется тонкий приповерхностный канал с электропроводностью n – типа. Длина канала от истока до стока обычно единицы микрометров, а его ширина – сотни микрометров и более, в зависимости от рабочего тока транзистора. Толщина диэлектрического слоя диоксида кремния 0, 1-0, 2 мкм.

Поверх диэлектрического слоя расположен затвор в виде тонкой металлической плёнки. Кристалл МДП – транзистора обычно соединён с истоком, и его потенциал принимается за нулевой – так же, как и потенциал истока.

Иногда от кристалла сделан отдельный вывод. Прибор с такой структурой называют транзистором с собственным каналом. При Uз.и.=0 через транзистор протекает ток Iс под действием напряжения сток-исток Uс.и. приложенного плюсом к стоку (при канале n-типа). По мере увеличения Uс.и. канал к стоку сужается.

При подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока Uз.и.< 0 электрическое поле затвора отталкивает электроны, вытесняя их из канала в область подложки. Канал обедняется основными носителями заряда, проводимость его уменьшается, а значит, уменьшается и ток стока Iс. Чем больше отрицательное напряжение затвора по абсолютной величине, тем меньше проводимость канала.

При подаче на затвор положительного напряжения Uз.и.> 0 в транзисторе с каналом n- типа электрическое поле затвора притягивает электроны, втягивая их в канал из p- слоя и n- слоёв стока и истока. Канал обогащается, и проводимость его увеличивается.

Таким образом, принцип действия МДП-транзистора заключается в том, что управляющее действие затвора осуществляется как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения канала основными носителями заряда.

1.4.5. МДП – транзистор с индуцированным каналом

В отличие от транзистора со встроенным каналом здесь первоначально на подложке p-типа создаются только области - типа стока и истока, а канал не создаётся. Поэтому при отсутствии управляющего напряжения на затворе Uз.и.=0 транзистор остаётся закрытым. При подаче на затвор положительного напряжения относительно истока Uз.и.> 0 электрическое поле затвора отталкивает дырки подложки от приповерхностного слоя под затвором в глубину полупроводника, а электроны притягиваются в этот слой к границе с диэлектриком.

Это приводит к изменению типа электропроводности тонкого слоя у границы, на противоположный (инверсия), то есть образуется (индуцируется) проводящий канал n-типа. С повышением положительного напряжения на затворе концентрация электронов в индуцированном канале возрастает, растёт проводимость канала, а следовательно и ток стока через него.

Достоинства МДП-транзисторов:

- большое входное сопротивление - Ом;

- большая крутизна (до десятков мА/В);

- меньшие ёмкости между переходами

Рис.4.6. Упрощённая структура (а) и условное графическое обозначение (б) полевого МДП – транзистора с индуцированным каналом