### Лекция 3 Полевые транзисторы

3.1 Общие сведения
3.2. Полевой транзистор

### 3.1 Общие сведения

Полевыми транзисторами ПТ называют трех- или четырехэлектродные полупроводниковые приборы, в которых управление током осуществляется изменением проводимости токопроводящего канала путем воздействия электрического поля, поперечного к направлению тока. Токопроводящий канал соединяет две сильнолегированных области. Область, из которой носители заряда уходят в канал, называется истоком, а область, в которую они приходят, – стоком. Электрическое поле, изменяющее проводимость канала, создается путем подачи управляющего напряжения на электрод, называемый затвором. В полевых транзисторах от истока к стоку перемещаются только основные носители заряда (либо электроны, либо дырки), поэтому их часто называют униполярными [3,4].

Существует несколько разновидностей полевых транзисторов, различающихся физической структурой и способом управления проводимостью канала.

Типы ПТ с их характеристиками передачи и условными графическими обозначениями приведены в табл.3.1.

### 3.2. Полевой транзистор

Различают полевые транзисторы с управляющим p–n-переходом, с изолированным затвором и полевой транзистор с барьером Шоттки.

Таблица 3.1- Основные типы полевых транзисторов

Наименование | УГО | Характеристика передачи
Транзистор полевой с p–n-переходом и каналом р-типа |  |
Транзистор полевой с p–n-переходом и каналом n-типа |  |
Транзистор полевой с изолированным затвором обедненного типа с p-каналом |  |
Транзистор полевой с изолированным затвором обогащенного типа c p-каналом |  |
Транзистор полевой с изолированным затвором обогащенного типа c p-каналом |  |
Транзистор полевой с изолированным затвором обогащенного типа c n-каналом |  |
Полевой транзистор с затвором Шоттки и каналом n-типа. |  |

Электрический переход между полупроводниками с разным типом электропроводности нашел свое применение в полевых транзисторах с управляющим р-n-переходом.

В них в качестве затвора используется область полупроводника, тип электропроводности которой противоположен типу электропроводности канала, в результате чего между затвором и каналом образуется р-n-переход.

В транзисторах с изолированным затвором между металлическим затвором и проводящим каналом расположен тонкий слой диэлектрика так, что образуется структура металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структура). Такие транзисторы обычно называют МДП-транзисторами [3,4].

Полевые транзисторы с p–n-переходом при одинаковых геометрических размерах с МДП ПТ могут иметь в рабочем режиме меньшие входные емкости. Это объясняется тем, что в рабочем режиме к электронно-дырочному переходу «затвор-канал» прикладывается запирающее напряжение, и, следовательно, барьерная емкость перехода (аналогично варикапу) уменьшается.

Выходное сопротивление ПТ находится в пределах десятков-сотен кОм.

Сочетание достоинств полевых транзисторов с p–n-переходом и МДП-транзисторов реализуется в транзисторах с барьером Шоттки.

В качестве статических характеристик ПТ представляются функциональные зависимости между токами и напряжениями, прикладываемыми к их электродам: входная характеристика IЗ = f(UЗИ) при UСИ = const; характеристика обратной связи I3 = f(UСИ) при UЗИ = const; характеристика прямой передачи IС = f(UЗИ) при UСИ = const; выходная характеристика IС = f(UСИ) при UЗИ = const.

На практике широко используются лишь две последние характеристики, причем первую из них часто называют передаточной характеристикой.

Входная характеристика и характеристика обратной связи применяется редко, так как в абсолютном большинстве случаев входные токи ПТ пренебрежимо малы (от 10–8 до 10–12 А) по сравнению с токами, протекающими через элементы, подключенные к их входам.

Характеристика прямой передачи описывается формулой [3]:

(3.1)

где IС0 – ток стока при UЗИ = 0.

Особенностью полевых транзисторов является наличие на их передаточной характеристике термостабильной точки, т.е. точки, в которой ток стока практически постоянен при различных температурах (точка А на рис. 3.1.). Это объясняется следующим образом.

При повышении температуры из-за уменьшения подвижности носителей удельная проводимость канала уменьшается, а, следовательно, уменьшается и ток стока. Одновременно сокращается ширина p–n-перехода, расширяется проводящая часть канала и увеличивается ток. Первое сказывается при больших токах стока, второе – при малых. Эти два противоположных процесса при определенном выборе рабочей точки могут взаимно компенсироваться.

Передаточные характеристики нормально открытого и нормально закрытого транзисторов с барьером Шоттки приведены на рис. 3.2.

Рис. 3.1. Влияние температуры на характеристики прямой передачи ПТ

Напряжение, подаваемое на затвор такого транзистора, не должно превышать 0,4 В, чтобы в цепи затвора не появился нежелательный прямой ток.

Рис. 3.2. Характеристики ПТ с барьером Шоттки

Выходные характеристики МДП ПТ не содержат область возникновения прямых токов затвора. Однако следует заметить, что аналогичная область будет иметь место и у МДП ПТ, если их подложка соединена с истоком. В этом случае при обратной полярности напряжения сток-исток возникают прямые токи подложки. Выходные характеристики таких транзисторов имеют вид в соответствии с рис. 3.3.

Рис. 3.3. Выходные характеристики ПТ:
а) с индуцированным n-каналом; б) со встроенным n-каналом