Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Устройство и принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом






ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ С УПРАВЛЯЮЩИМ P-N ПЕРЕХОДОМ

 

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине "Электронные твердотельные приборы и микроэлектроника" для студентов всех форм обучения специальностей:

20.09.00 - Сети связи и системы коммутации ,

20.10.00 - Многоканальные телекоммуникационные системы

 

 

Екатеринбург 1998


 

УДК 621.381

 

Составители В.И.Елфимов, Н.С.Устыленко

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ С УПРАВЛЯЮЩИМ P-N ПЕРЕХОДОМ: Методические указания к лабораторной работе по дисциплине "Электронные твердотельные приборы и микроэлектроника"/В.И.Елфимов, Н.С.Устыленко. Екатеринбург: Екатеринбургский филиал СИБ ГУТИ, 1998. 36 с.

 

В методических указаниях содержится описание устройства и принципа действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом, определение статических характеристик и параметров, представление эквивалентных схем.

Указания включают схему лабораторной установки, описание лабораторного задания, методику обработки результатов экспериментов, вопросы для самоконтроля и приложения, в которых приводятся справочные данные для ряда полевых транзисторов с управляющим p-n переходом.

Библиогр. 9 назв. Табл. 1. Рис. 11. Прил. 4.

 

 

Рецензент: доц., канд.техн.наук А.А.Калмыков

 

Обсуждены на заседании кафедры общепрофессиональных дисциплин.

Заведующий кафедрой, профессор, докт.техн.наук Б.А.Панченко

 


 

Цель работы

Ознакомиться с конструкцией полевых транзисторов с управляющим
p-n переходом, их принципом действия, характеристиками и параметрами различных транзисторов. Исследовать влияние температуры на характеристики и параметры полевых транзисторов с управляющим p-n переходом.

 

Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом

Устройство и принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом

Полевым транзистором называется электропреобразовательный прибор, пригодный для усиления мощности, ток в котором переносится дрейфовым движением основных носителей заряда, а величина выходного тока регулируется электрическим полем, возникающим при подаче напряжения между затвором и истоком.

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом – это полевой транзистор, управление потоком основных носителей в котором происходит с помощью электронно-дырочного перехода, смещенного в обратном направлении.

Для изготовления полевого транзистора с управляющим p-n переходом берется тонкая, слаболегированная пластинка кремниевого полупроводника (с высоким удельным сопротивлением ) n или p типа. На этой пластинке создают кольцевой электронно-дырочный переход. Тонкий слой полупроводника, ограниченный кольцеобразным p-n переходом, в котором регулируется поток носителей заряда, называется каналом. Наплавка (затвор) сильно легируется примесями. Полевой транзистор содержит один p-n переход и три вывода: исток, сток, затвор. Устройство полевого транзистора показано на рис. 1.



 

 
 

1 - p-n переход; 2 – затвор n+ - типа;
3 – наплавка (вывод затвора); 4 – канал p– типа.

 

Принцип действия полевых транзисторов с каналом n- или p- типов идентичен. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать работу полевых кремниевых транзисторов с управляющим p-n переходом на примере транзистора с каналом p- типа. Электрод полевого транзистора, предназначеннный для регулирования поперечного сечения канала, называется затвором. На него относительно истока подается положительное напряжение. В этом случае p-n переход затвор-исток находится под обратным смещением. Электрод, через который входят в канал основные носители заряда (в нашем примере это дырки), называется истоком, а электрод, через который выходят носители заряда, называется стоком. На сток относительно истока должно подаваться отрицательное напряжение. Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом p- типа приведена на рис. 2.


 

 
 

Рис. 2. Схема включения полевого транзистора с управляющим
p-n переходом



 

Управление током транзистора основано на изменении сечения канала путем регулирования ширины p-n перехода при подаче входного напряжения (напряжения затвора). На затвор относительно истока подается обратное напряжение, поэтому область p-n перехода будет расширяться в основном в область полупроводника p- типа, так как эта область полупроводника менее легирована, чем область полупроводника n- типа. При подаче напряжения на сток в его цепи потечет ток IС, создаваемый дырками, движущимися под действием электрического поля. Количество основных носителей зарядов (дырок), участвующих в образовании тока через канал, определяется электрическим полем, воздействующим на p-n переход. Как уже отмечалось, p-n переход включается в обратном направлении. Если на затвор подать положительное напряжение, p-n переход расширяется в соответствии с выражением

, (1)

где - ширина p-n перехода в равновесном состоянии, jК – контактная разность потенциалов, UЗИ – напряжение на затворе относительно истока, e - относительная диэлектрическая постоянная, e0 = 9×10-14 Ф/см – абсолютная диэлектрическая постоянная, е = 1,6×10-19 Кл - заряд электрона, NA – концентрация акцепторной примеси, NД – концентрация донорной примеси.

Исходная пластинка кремниевого полупроводника p-типа слабо легирована примесями, поэтому NД >> NA и с увеличением UЗИ расширение p-n перехода (1) произойдет в область полупроводника p-типа, сечение канала уменьшится, а его сопротивление rК увеличится. Электрическое сопротивление канала rК зависит от его толщины, ширины и длины:

, (2)

где lК – длина канала, h – ширина канала, W – толщина канала, s - электропроводность полупроводника p-типа, mр – подвижность дырок, pР – концентрация дырок (основных носителей заряда) в области полупроводника
p-типа, SК – сечение канала.

В соответствии с соотношениями (1) и (2) при изменении напряжения на затворе меняется ширина p-n перехода, сечение канала и его электрическое сопротивление, в результате чего будет изменяться величина протекающего тока стока. С увеличением rК ток стока IС уменьшается. Сечение канала SК изменяется неравномерно. Со стороны истока имеется более широкий канал, а со стороны стока сечение канала уменьшается. Это происходит потому, что сечение канала является функцией двух напряжений: SК = f(UЗИ, UСИ). Напряжение у стока будет больше, чем у истока, поэтому расширение p-n перехода в области стока больше, чем в области истока. Это явление нашло свое отражение на рис.х 1 и 2. Напряжение UСИ распределяется вдоль канала, оно больше у стока и меньше у истока. За счет этого сечение канала, расположенного со стороны стока, всегда будет значительно меньше, чем со стороны истока (рис. 1,2).

Входной ток полевого транзистора равен току затвора IВХ = IЗ и он обусловлен только переносом неосновных носителей заряда через p-n переход.

Обозначение полевого транзистора с управляющим p-n переходом на принципиальных электрических схемах приведено на рис. 3.

 
 

Рис. 3. Обозначения полевых транзисторов с управляющим p-n переходом на принципиальных электрических схемах

 



mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2020 год. (0.023 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал