МДП – транзистор с индуцированным каналом

Структура МДП – транзистора с индуцированным каналом показана на рис. 4. В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильно легированные области – сток и исток, тип электропроводимости которых противоположен типу электропроводимости подложки. Затвор нанесен на поверхность кристалла между стоком и истоком через тонкий слой диэлектрика. С обратной стороны подложка металлизирована. Вывод металлизации соединяется с истоком. На рис. 4 показана полярность подаваемых напряжений для случая подложки n – типа. Для подложки p – типа полярности напряжений должны быть противоположными.

Условное графическое изображение ПТ данного типа приведено на рис. 5.

Рассмотрим сначала случай отсутствия напряжения между стоком и истоком U _си = 0 (рис. 4а,б). В этом случае МДП – структура представляет собой конденсатор, отличающийся от обычного конденсатора тем, что одна из его обкладок выполнена из полупроводника. Заряд полупроводниковой обкладки под действием приложенного напряжения U _зи меняется количественно и качественно. При изменении U _зи можно выделить два основных режима. При малых |U _зи| подвижные носители (на рис. 4а – электроны) отталкиваются электрическим полем вглубь полупроводника и у поверхности полупроводника возникает слой неподвижных ионов примеси – ОПЗ. Это – режим обеднения, при котором приповерхностный слой не обладает проводимостью.

Если напряжение на затворе превышает по модулю некоторое пороговое значение (|U _зи| ≥ (|U _{зи пор.}|), то возникает режим инверсии проводимости, при котором у поверхности полупроводника индуцируется заряд подвижных носителей противоположного знака (для рис. 4б – дырок). То есть у поверхности полупроводника возникает проводящий канал, проводимость которого тем выше, чем больше |U _зи|.

Предположим теперь, что между стоком и истоком приложено некоторое напряжение U _си, но U _зи = 0. При этом между стоком и подложкой существует обратно включенный p – n переход и ток стока I _с пренебрежимо мал. С увеличением |U _зи| электроны отталкиваются затвором и сначала у поверхности полупроводника под затвором, как уже говорилось, возникает ОПЗ и ток I _с по-прежнему мал. При достижении U _зи = U _{зи пор} у поверхности полупроводника возникает инверсный слой (канал), состоящий из дырок. Этот слой не имеет потенциальных барьеров с областями стока и истока и поэтому появляется ток стока.

С увеличением U _зи будет увеличиваться концентрация носителей заряда в канале, уменьшаться сопротивление канала и соответственно расти ток.

Увеличение U _си вызывает не только рост тока I _с, но и увеличение обратного напряжения на стоковом p – n переходе. Это приводит к расширению ОПЗ на границе стока с подложкой. При некотором напряжении U _си = U _синас, называемом напряжением насыщения, ОПЗ перекрывает канал со стороны стока (рис. 4в). При дальнейшем росте U _си стоковый p – n переход расширяется в сторону истока, а рост тока I _с практически прекращается, то есть ток стока входит в область насыщения. Величина I _с в области насыщения зависит от величины напряжения на затворе U _зи. Так происходит управление током I _с.

Поскольку затвор отделен от подложки слоем диэлектрика, ток в цепи затвора очень мал. Поэтому мала и мощность, потребляемая от источника сигнала. Тем не менее, эта мощность позволяет управлять достаточно большим выходным током I _с. Поэтому МДП – транзистор имеет усиление по мощности.

Выходные характеристики МДП – транзистора с индуцированным каналом показаны на рис. 6а. Их вид аналогичен виду выходных характеристик ПТУП. При небольших напряжениях имеет место почти линейная зависимость между I_с и U_си. После достижения U_си нас начинается пологая часть характеристики.

Характеристики передачи МДП – транзистора с индуцированным каналом показаны на рис. 6б. Характеристики начинаются в точке на оси U_зи, соответствующей пороговому напряжению затвора. Чем больше параметр U_си, тем выше проходит соответствующая характеристика передачи, однако изменение I_с с ростом U_си незначительно.

Аналитические выражения для статических ВАХ МДП – транзистора приведены в литературе [1, 2].

МДП – транзисторы с индуцированным каналом работают только в режиме обогащения канала носителями, так как при нулевом напряжении на затворе канал в них вообще отсутствует. Транзисторы этого класса являются нормально закрытыми приборами.