Принцип действия

Принцип действия транзистора основан на эффекте поля – изменении концентрации носителей в канале и его проводимости.

Обычно исток соединяется с подложкой. Изменение напряжения затвор – исток изменяет напряжение затвор подложка и все процессы аналогичны ранее рассмотренным.

Единственно – электроны в основном берутся из истока.

Механизм образования канала и протекание тока.

Обедненные области показаны заштрихованными. Если потенциал затвора равен 0, потенциал – кривая 1.

Потенциал у стока U_си+ _0С. Напряженность поля соотв. кривая 1. _0С – потенциал стокового перехода в равновесии. (Исток соединен с подложкой).

Канала нет. Повышаем напряжение затвора Uзи. Образуется канал, кривые – 2.

Движение электронов диффузионное. Дальнейшее повышение напряжения – кривые 3. Без электронов было бы штрих. Пространственный заряд приводит к 3.

Движение дрейфовое.

Если на исток подается напряжение относительно подложки, пороговое напряжение изменяется, это эффект подложки.

Хотя для прохождения тока необходимо напряжение на стоке, ток сильно зависит от напряжения на затворе: из-за повышения проводимости канала и из-за повышения продольного поля в канале.

Статическая стоковая характеристика. Стоковая характеристика – это зависимость тока стока от напряжения исток – сток при постоянном напряжении затвора.

Три области: крутая, пологая и пробой.

Пусть напряжение затвора больше порогового, и канал есть. Проводимость канала:

, b – ширина канала, L – длина. При малых напряжениях С-И учитывая

ВАХ - линейная

При повышении напряжения между стоком и истоком получается следующее.

Толщина канала показана условно для наглядности. При U_СИ = 0 первая картинка – все понятно.

При увеличении напряжения между стоком и истоком достаточно большом. 1. Возрастает ширина обедненного слоя. 2. Уменьшается положительная разность потенциала между затвором и стоковой областью (сток заряжается положительно и разность потенциала между ним и положительным затвором уменьшается). 3. Уменьшается концентрация электронов в канале, т.е. он становится (условно) тоньше. Пример: на затворе +5В. Вначале они везде. При подаче на сток +2В между стоком и затвором будет всего +3В, при подаче на сток +5В между ним и затвором напряжения вовсе не будет.

уменьшается по направлению к стоку (координата у).

Из и следует, что плотность электронов уменьшается и уменьшается проводимость.

ВАХ в этой области становится нелинейной.

При напряжении насыщения происходит перекрытие канала.

см. пример выше.

При большем напряжении канал перекрывается не в точке, а на участке конечной длины около стока.

С ростом напряжения увеличивается L, а физическая длина канала уменьшается. Это называется эффектом модуляции канала. Напряжение до точки касания (падение на канале) остается постоянным. Ток слегка возрастает из-за: 1. Увеличивается напряженность поля. 2. Увеличивается ток генерации у стока.

При L << L увеличение несущественно и режим называется насыщением. Это с длинным каналом.

С коротким каналом характеристика идет круче.

При еще большем напряжении область перекрытия может сомкнуться с истоковой областью и произойдет типа пробоя. С длинным каналом этого обычно нет, т.к. раньше пробивается стоковая область.

Аппроксимация ВАХ.

Используются различные аппроксимации для моделирования.

К – см. выше

Длина канала считается L - L

На рис. показана структура полевого транзистора с р-п переходом.