4.2.2.   Полевые транзисторы с изолированным затвором

Подпись:  
Рис.4.23. Структура полевого транзистора 
с изолированным затвором
В рассмотренном полевом транзисторе затвор отделен от канала обратно смещенным р-n-переходом. Однако затвор от канала можно отделить тонким изолирующим слоем, образовав его над каналом перед изготовлением электрода затвора. При очень тонком изолирующем слое проникновение поля в канал не ухудшается. Если для изолятора выбран материал с высоким сопротивлением, ток затвора может быть, чрезвычайно низким, не зависящем от полярности приложенного к затвору напряжения (в этом отличие от ПТ с р-n-переходом). Такие структуры называют полевыми транзисторами с изолированным затвором.

Структуры ПТ с изолированным

затвором

Структура транзистора показана на рис. 4.23. В подложке из полупроводника p-типа с относительно высоким удельным сопротивлением созданы две сильнолегированные области n+-типа, одна из которых является истоком, другая – стоком. Обе области расположены на близком расстоянии друг от друга (5 – 50 мкм). Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким (порядка 0,1 мкм) слоем диэлектрика. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод – затвор. Подложку обычно соединяют с истоком. Получается структура, состоящая из слоя металла, диэлектрика и полупроводника, то есть МДП-структура.

Исходным полупроводником для ПТ  с изолированным затвором в основном является кремний. Поэтому в качестве диэлектрика под затвором используется обычно слой двуокиси кремния SiO2. Такой полевой транзистор называют  ПТ типа металл- окисел-полупроводник или МОП-транзистором.

Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом. Условные обозначения МДП-транзисторов показаны на рис. 4.24.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом

В данном приборе в исходном состоянии между стоком и истоком отсутствует токопроводящий канал. Высоколегированные  n+-области стока и истока с полупроводником подложки образуют p-n-переходы, поэтому при любой полярности напряжения на стоке относительно истока один из этих p-n-переходов оказывается включенным в обратном направлении и препятствует протеканию тока.

При подаче положительного напряжения на затвор электрическое поле через диэлектрик проникает в приповерхностный слой подложки и выталкивает из нее основные носители заряда (дырки), то есть у поверхности полупроводника под затвором возникает обедненный основными носителями заряда слой, состоящий из ионизированных нескомпенсированных атомов примеси.

Дальнейшее увеличение напряжения на затворе вызовет приток к поверхности подложки неосновных носителей заряда (электронов). При определенном значении напряжения Uзи, которое называется пороговым напряжением (Uзи пор), в тонком приповерхносном слое на границе с диэлектриком существенно увеличится концентрация электронов, т.е. в этом слое происходит изменение типа электропроводности с дырочной  на электронную. Под затвором возникает инверсный слой, который и является проводящим каналом между стоком и истоком. Такой канал называют индуцированным (наведенным).

При изменении напряжения на затворе изменяется концентрация подвижных носителей в канале, а также толщина проводящего канала, изменяется его проводимость, а следовательно, и ток стока (Ic), протекающий в канале от истока к стоку, если между ними приложено напряжение Uси. Так происходит управление током стока в МДП-транзисторе с индуцированным каналом.

Статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом

Выходные статические характеристики – это зависимость:

.

Характер этой зависимости для МДП – транзистора аналогичен характеру таких же зависимостей для ПТ с управляющим переходом (рис. 4.25).

При заданном напряжении на затворе транзистора по мере увеличении напряжения Uси  ток стока вначале увеличивается почти линейно (омическая область), затем скорость его возрастания уменьшается, при некоторых значениях (Uси.нас) ток стремит