МДП-транзистор - студопедія
МДП-транзистор називають також транзистором з ізольованим затвором. так як на відміну від ПТУП затвор від напівпровідника ізольований оксидом (рис. 4).
з індукованим каналом з вбудованим каналом каналом до p-канальний n-канальний p -канальний n-канальний
Мал. 4 Умовні позначення МДП-транзисторів
Зазвичай в якості діелектрика використовують оксид (оксид кремнію SiO2), тому говорять про МОП-транзисторах (зі структурою метал-оксид-напівпровідник).
МДП-транзистор створений на основі МДП структури, в якій використаний ефект управління поверхневими властивостями напівпровідника за рахунок зміни потенціалу затвора.
Для забезпечення проходження керованого струму під затвором створюють дві додаткові електродні області: витік і стік. Напівпровідникові області витоку і стоку створюють з сильно легованого, який володіє хорошою провідністю, матеріалу, що відрізняється за типом від матеріалу базового кристала (рис.5).
Мал. 5. МДП-транзистор з вбудованим каналом
Провідний канал розташований між стоком і витоком. Відстань між областями стоку і витоку визначає довжину каналу L.
За стік приймається той електрод, до якого дрейфують основні носії каналу, тобто в n-канальний транзисторі стік повинен бути під позитивним потенціалом щодо витоку, а в p -Канальний - під негативним.
Затвор в МДП-транзисторі ізольований від напівпровідникової підкладки тонким шаром діелектрика.
МДП-транзистори застосовують двох типів: з вбудованим і індукованим каналами. Транзистор з вбудованим каналом, що має ту ж провідність, що і сток-істоковие області, при нульовій напрузі на затворі відкритий. Зменшення струму на виході МДП-транзистора з вбудованим каналом забезпечується подачею на керуючий електрод - затвор - напруги Uз з полярністю, що відповідає знаку носіїв заряду в каналі: для p -каналу Uз> 0, для n -каналу Uз <0. Напряжение затвора Uз указанной полярности вызывает обеднение канала носителями заряда, сопротивление канала увеличивается, и выходной ток уменьшается. Если у транзистора со встроенным каналом изменить полярность напряжения на затворе, то произойдет обогащение канала дырками и увеличение выходного тока. Таким образом, транзистор со встроенным каналом может работать при напряжениях на затворе обеих полярностей как в режиме обеднения канала носителями заряда, так и в режиме обогащения . Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом – это нормально открытый прибор .
МДП-транзистор з індукованим каналом (рис. 4) працюють тільки в режимі збагачення. За відсутності напруги управління на затворі між витоком і стоком виявляються два зустрічно включених діода, і струм в цьому ланцюгу буде дорівнює зворотному току одного з діодів, тобто дуже малий і транзистор буде знаходитися в закритому стані. Таким чином, МДП-транзистор - це нормально закритий прилад.
На рис. 6 показана структура, яка використовується в МДП-транзисторах з індукованим n-каналами.
Для того щоб транзистор відкрився, на затвор необхідно подати такий потенціал щодо потенціалу подзатворного області, щоб на поверхні відбулася інверсія провідності. При цьому під затвором індукується область n-типу, що утворює канал, що з'єднує n + -області витоку і стоку, і в стокової ланцюга починає протікати струм.
Прийнято вважати, що транзистор відкривається при напрузі затвора, що дорівнює пороговому - Uп. при якому на поверхні починає виконуватися умова сильної інверсії. Стоковий струм тим вище, чим більше індукований в каналі заряд і, відповідно, більше провідність инверсионного шару.
Рис 6. МДП-транзистор з індукованим каналом
Нехай Uзи> Uп. тобто є провідний канал, і на стік щодо витоку подано позитивне напруга Uси (рис. 6). Тоді розподіл потенціалу в каналі по осі х стає нерівномірним: в точці х = 0 (поблизу витоку) потенціал визначається тільки полем затвора і дорівнює Uзи - Uп. а в точці х = L - спільною дією полів затвора і стоку і дорівнює Uзи - Uп - Uси. При збільшенні напруги Uси струм стоку Ic також буде збільшуватися за лінійним законом, так як збільшується напруженість стоку вздовж каналу (по осі х). Струм стоку вздовж каналу - дрейфовий струм електронів.
Одночасно з ростом напруги Uси і струму стоку Ic відбувається розширення стокового pn-переходу: на перехід подається зворотне зміщення, і він розширюється в бік високоомній підкладки. У точці х = L обратноенапряженіе на стоковому pn-переході з'являється лише при досягненні деякого граничного умови Uси гр = Uзи - Uп. тобто при компенсації в цій точці дії поля затвора. При цьому диференціальне опір вихідний ланцюга втік-витік різко збільшується, так як воно визначається опорами каналу і обратносмещенного стокового pn-переходу. Зростання струму стоку Ic при Uси> Uси гр практично припиняється, а стоковий pn-перехід розширюється по осі х в сторону джерела, і довжина каналу зменшується на # 916; L.