Полевые транзисторы

Цель работы: исследование статических характеристик и параметров полевых транзисторов.

Полевой транзистор называют также униполярным, подчеркивая тем самым, что рабочий ток в нем обуслов­лен носителями заряда одного знака. Величина этого то­ка изменяется под действием перпендикулярного к его направлению электрического поля, создаваемого вход­ным сигналом. В зависимости от физической структуры полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим р – п-переходом и управляемые изолированным электродом (затвором).

Рис. 1

Рассмотрим транзистор с управляющим р – п -пере­ходом. Транзистор называется п -канальным, если в ка­честве носителей тока служат электроны, и р -канальным — если дырки. В транзисторе на рис.1, а ток про­текает от истока к стоку по каналу с проводимостью п -типа, т. е. по п -каналу. Этот канал образует с р -областью управляющего электрода (затвора) р - п-переход. Приложение к этому переходу (между затвором р -типа и истоком п -типа) запирающего напряжения при­водит к расширению области пространственного заряда р - п-перехода, обедненной носителями тока. Распрост­ранение обедненной носителями области на канал при­водит к уменьшению тока исток — сток, а при некотором значении напряжения на затворе (U _от)—и к полному прекращению этого тока.

Устройство п -канального транзистора с изолирован­ным затвором поясняется на рис. 2. Затвор изолируется от канала тонким слоем диэлектрика (0,05— 0,2 мкм), в качестве которого используются окисел крем­ния (транзисторы типа МОП: металл — окисел — полу­проводник) или слоистые структуры SiО₂ — Аl₂O₃; SiO₂ — Si₃N₄ и др.

Рис. 2

Металлический затвор и полупроводниковый токовый канал образуют конденсатор. Измене­ние напряжения, приложенного к такому конденсатору, вызывает значительное перераспределение зарядов в его полупроводниковом электроде, ведущее к изменению про­водимости канала.

Канал может быть создан технологическим путем или образован подаваемым на затвор напряжением. В пер­вом случае его называют встроенным (рис. 2,6), во втором — индуцированным (рис. 2, а).

Рис. 3

Усилительные свойства полевого транзистора пол­ностью определяются семейством выходных статических характеристик, снятых в схеме с общим истоком (рис. 3). При малых напряжениях U _c исток - сток полевой транзистор работает в режиме управляемого резистора.

При больших напряжениях U _c происходит огра­ничение тока.

Основные параметры полевых транзисторов:

крутизна характеристики

½ ; (1)

внутреннее сопротивление

½ ; (2)

коэффициент усиления

½ . (3)

Эти параметры связаны равенством

. (4)

Рабочие частоты полевых транзисторов достигают 1 ГГц, а рабочие частоты полевых транзисторов из арсенида галлия с управляющим переходом Шотки (ме­талл — полупроводник) превышают 40 ГГц.

Транзисторы с управляющим р - п-переходом обла­дают наиболее низким среди полупроводниковых прибо­ров уровнем шума в диапазоне частот от долей герц до сотен мегагерц, их входное сопротивление составляет 10⁶— 10⁹ Ом. Входное сопротивление транзисторов с изо­лированным затвором достигает 10⁹ — 10¹⁵ Ом.