4.2 Польовий транзистор з ізольованим затвором (мдп-транзистор).

Цей транзистор має структуру метал - діелектрик - напівпровідник і може бути двох типів: з індукованим каналом (рисунок 4.4,а) і з вбудованим каналом (рисунок 4.4,б). Якщо основою транзистора є кремній, то діелектриком може бути шар окислу кремнію, тому таку структуру іноді називають МОП-ТРАНЗИСТОР (метал - оксид - напівпровідник).

а)	б)
Рисунок 4.4 Структура МДП ПТ з індукованим (а) і вбудованим (б) каналами.

Транзистор з індукованим каналом має області витоку n⁺ і стоку n+, які виведені шляхом металізації через отвір в окислі кремнію на контакти - витік і стік. На шар двоокису окислу кремнію напилюють шар алюмінію, службовець затвором. Можна вважати, що алюмінієвий затвор і напівпровідниковий матеріал p-типу утворюють плоский конденсатор з окисним діелектриком, Якщо на металеву частину затвора подати позитивну напругу, то позитивний заряд обкладання затвора індукує відповідний негативний заряд в напівпровідниковій області каналу. Із зростанням позитивної напруги цей заряд, створений такими, що притягають з глибини p-області провідника електронами, які є неосновними носіями, перетворює поверхневі шар напівпровідника p-типу в провідний канал n-типу, що сполучає початкові n+-области витоку і стоку. Тому зменшується опір матеріалу між витоком і стоком, що веде до збільшення струму стоку. Таким чином, завдяки електростатичній індукції між витоком і стоком відбувається інверсія типу провідності напівпровідника. Шар напівпровідника p-типу перетворюється на напівпровідник

n-типу. До інверсії опір між витоком і стоком визначається опором закритого переходу, оскільки до інверсії має місце структура n⁺-р-n+. Після інверсії утворюється n-провідність і структура стає n+-n-n+. Міняючи напругу на затворі, можна управляти струмом стоку. Якщо узяти підкладку n-типу, то можна побудувати МДП-транзистор з індукованим p-каналом, який управляється негативною напругою на затворі.

Транзистор з вбудованим каналом має конструкцію, подібну попередньою. Між витоком і стоком методом дифузії створюють слаболегований канал з провідністю n^--типу при провідності підкладки p-типу. Можливо інше поєднання. Канал має провідність p-типу, а підкладка — провідність n-типу. У відсутність напруги на затворі (рис. 2.91б) струм між витоком і стоком визначається опором n--каналу. При негативній напрузі на затворі концентрація носіїв заряду і каналі зменшиться і в ньому з'являється збіднений шар. Опір між витоком і стоком збільшується і струм зменшується. При позитивній напрузі на затворі струм стоку збільшується, тому що в каналі індукується додатковий негативний заряд, що збільшує його провідність.

На рисунку 4.4 приведені характеристики прямої передачі МДП-транзисторів з індукованим (крива 2) і вбудованим (крива 1) каналами.

З малюнка

видно квадратичність передавальної характеристики. Теоретично характеристика прямої передачі описується наступним виразом:

при . ( 3.41 )

Тут А - постійний коефіцієнт; UЗИ _ПІР - напруга, яка для транзистора з індукованим каналом прийнято називати пороговим. Інверсія типу провідності починається лише досягши напруги UПОР.

Рисунок 4.4 Характеристики прямої передачі МДП ПТ.

Вихідні характеристики МДП-транзистора з индуциро- ванним каналом n-типу приведені на рисунку 4.5,а з вбудованим каналом - на рисунку 4.5,б.

У області UCИ < |UЗИ - UЗИ _ПІР | теоретичний струм стоку

. ( 3.42 )

Рівняння (3.42) описує висхідні гілки вихідної характеристики Вхідний опір МДП-транзистора із-за наявності ізолятора між затвором і каналом складає близько 1012 - 1014 Ом і зменшується із зростанням частоти унаслідок шунтування вхідною місткістю транзистора. Вихідний опір знаходиться в межах десятків - сотень кілоомів. Вхідна і вихідна ємності складають одиниці пікофарад, а прохідна ємність -десятые частки пікофарад.

а)	б)
Рисунок 4.5 Вихідні характеристики ПТ з індукованим (а) і вбудованим (б) каналами.

72