Полевые МОП транзисторы

Полевой транзистор — это электронный прибор, предназначенный для усиления сигналов. Регулировка выходного тока этого транзистора производится за счет электрического поля, поэтому его входное сопротивление на низких частотах очень велико. Наибольшего входного сопротивления удается добиться в полевых транзисторах с затвором, изолированным от канала диэлектриком (МДП-транзисторы).

Наиболее распространенные МДП-транзисторы выполняются на кремнии. В них в качестве диэлектрика используется оксидная пленка. Так как оксид кремния является прекрасным диэлектриком, то такие транзисторы обладают отличными характеристиками и их легко сформировать на поверхности кристалла кремния. Подобные транзисторы получили название МОП-транзисторы. МОП расшифровывается как металл-окисел-полупроводник. Упрощённая конструкция полевого МОП-транзистора с встроенным каналом приведена на рисунке 1.

Конструкция полевого МДП-транзистора с встроенным каналом
Рисунок 1. Упрощённая конструкция полевого МОП-транзистора с встроенным каналом

В данном транзисторе управление током, протекающим через транзистор производится изменением ширины канала между электродами истока и стока. В n-канальном МОП-транзисторе, конструкция которого приведена на рисунке 1, уменьшение тока достигается подачей отрицательного напряжения на затвор транзистора. При этом электроны из n-полупроводникового канала выталкиваются в подложку транзистора. В результате толщина канала уменьшается и его сопротивление возрастает.

Во многом принцип работы полевого МОП-транзистора подобен принципу работы полевого транзистора с p-n переходом, поэтому его входная и выходные характеристики похожи на характеристики полевого МОП-транзистора с p-n переходом. Влияние напряжения питания на ширину канала показано на рисунке 2.

Влияние напряжения на стоке полевого МОП-транзистора на ширину его канала
Рисунок 2. Влияние напряжения на стоке полевого транзистора на ширину его канала

Наиболее распространенным материалом для соединения элементов микросхемы между собой и обеспечения омических контактов с полупроводниковым транзистором является алюминий. Для реализации омического контакта в кремнии формируется область повышенной концентрации неосновных носителей n+ или p+.

Из-за применения высокоомного материала n-области кремния в канале, на нём по закону Ома образуется падение напряжения. Изменение напряжения на каждом участке канала приводит к изменению ширины слоя p-области, формируемой отрицательным напряжением на затворе МОП-транзистора На рисунке 2 показано, как меняется ширина канала из-за изменения потенциала затвор-сток. p-область при исходном напряжении на стоке показана в виде заштрихованной зоны. При увеличении напряжения на стоке эта область становится шире, что приводит к уменьшению ширины канала, а значит и увеличению его сопротивления. В результате ток через транзистор практически не зависит от напряжения на его стоке.

Условно-графическое обозначение МДП-транзистора отражает его внутреннее устройство. Канал изображается прямой линией, затвор — параллельной линией, отделенной диэлектриком, как в конденсаторе. Подложка изображается в виде стрелочки, показывающей куда будет протекать ток при прикладывании соответствующего напряжения. Условно-графическое обозначение полевых МДП-транзисторов с встроенным каналом приведено на рисунке 3.

УГО полевых МДП-транзисторов с встроенным каналом
Рисунок 3. Условно-графическое обозначение полевых МДП-транзисторов с встроенным каналом

В ряде случаев то, что транзистор открыт при нулевом напряжении на его затворе является недостатком. В качестве примера можно назвать цифровые микросхемы или силовые ключи на транзисторах в DC/DC преобразователях. В качестве решения в подобных схемах используются полевые МОП транзисторы с индуцированным каналом.

Конструкция полевого транзистора с индукцированным каналом похожа на конструкцию транзистора, приведенную на рис. 1. Она показана на рис. 4.

Конструкция полевого МДП-транзистора с индукцированным каналом
Рисунок 4. Упрощённая конструкция полевого МОП-транзистора с индукцированным каналом

В этих транзисторах канал образуется за счет притяжения носителей заряда электрическим полем затвора полевого транзистора. Для формирования n-канала на затвор транзистора следует подать положительный потенциал. К поверхности полупроводникового кристалла притянутся электроны и между истоком и стоком транзистора будет протекать ток. Его величина будет зависеть от ширины канала, а значит от значения положительного напряжения, поданного на затвор МОП-транзистора.

Итог:

  • МОП-транзисторы легко производить на кремниевых кристаллах;
  • МОП-транзисторы занимают минимальную площадь на поверхности микросхемы.

Дата последнего обновления файла 29.07.2021


Понравился материал? Поделись с друзьями!


Литература:

  1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. — М.: Радио и связь, 1998. — 560 с.
  2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
  3. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. — Новосибирск.: СибГУТИ, 2003. — 77 с.
  4. Глазачев А. В. Петрович В. П. Физические основы электроники. Конспект лекций — Томск: Томский политехнический университет, 2015.
  5. Колосницын Б. С. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Учебно-методическое пособие: в 2 ч. Ч. 1: Расчёт и проектирование биполярных транзисторов. — Минск: БГУИР, 2011. — 68 с.
  6. Колосницын Б. С. Гапоненко Н. В. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Учебное пособие: в 2 ч. Ч. 1: Физика активных элементов интегральных микросхем — Минск: БГУИР, 2016. — 196 с.
  7. Колосницын Б. С. Гранько  С. В. Электронные приборы на основе полупроводниковых соединений. Учебно-методическое пособие: — Минск: БГУИР, 2017. — 94 с.
  8. МОП-структура. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. url:https://ru.wikipedia.org/wiki/Изобретение_транзистора
  9. SiC: микроэлектроника — это не только кремний

Вместе со статьей "Полевые МОП транзисторы" читают:

Принцип действия биполярного транзистора
https://digteh.ru/foe/tranzistor/bt/princip/

Полевые транзисторы
https://digteh.ru/foe/tranzistor/fet/

Полевые транзисторы с p-n переходом
https://digteh.ru/foe/tranzistor/fet/j/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2021

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 100 научных и научно-методических работ, в том числе 20 книг.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика