Полевые транзисторы с изолированным затвором обедненного типа

Полевые транзисторы с изолированным затвором не используют р-n-переход. Вместо него применяет­ся металлический затвор, который электрически изолирован от полупроводникового канала тонким слоем окисла. Это устройство известно как полевой транзистор на основе структуры металл-окисел-полупроводник (МОП транзистор).

Существуют два типа таких транзисторов: уст­ройства n-типа с n-каналами и устройства p-типа с p-каналами. Устройства n-типа с га-каналами назы­ваются устройствами обедненного типа, так как они проводят ток при нулевом напряжении на затворе. В устройствах обедненного типа электроны являют­ся носителями тока до тех пор, пока их количество не уменьшится благодаря приложенному к затвору смещению, так как при подаче на затвор отрица­тельного смещения ток стока уменьшается. Устрой­ства р-типа с p-каналами называются устройствами обогащенного типа. В устройствах обогащенного типа поток электронов обычно отсутствует до тех пор, пока на затвор не подано напряжение смеще­ния. Хотя полевые транзисторы обедненного типа с р-каналом и транзисторы обогащенного типа с n-каналом и существуют, они обычно не исполь­зуются.

рис. 11.26

На рис. 11.26 изображено сечение полевого тран­зистора обедненного типа с n-каналом. Он образо­ван имплантацией n-канала в подложку р-типа. После этого на канал наносится тонкий изолирую­щий слой двуокиси кремния, оставляющий края канала свободными для подсоединения выводов - стока и истока. После этого на изолирующий слой наносится тонкий металлический слой. Этот ме­таллический слой служит затвором. Дополнитель­ный вывод подсоединяется к подложке. Металли­ческий затвор изолирован от полупроводникового канала, так что затвор и канал не образуют p-n-переход. Металлический затвор используется для уп­равления проводимостью канала так же, как и в полевом транзисторе с p-n-переходом.

Схематические обозначения МОП транзисторов обедненного типа с n-каналом и с р-каналом показа­ны на рис. 11.27. Заметим, что вывод затвора отде­лен от выводов стока и истока. Стрелка, направлен­ная к подложке, указывает, что этот транзистор име­ет канал n-типа. У транзисторов с каналом p-типа стрелка направлена от подложки. В некоторых МОП транзисторах подложка соединена внутри транзис­тора с истоком, и они не имеют отдельного вывода подложки.

Рис. 11.27

На рис. 11.28 изображен полевой транзистор с изолированным затвором и каналом n-типа, к кото­рому приложены напряжения смещения.

рис. 11.28

Напряжение сток-исток (Е_си) должно всегда при­кладываться таким образом, чтобы сток имел поло­жительный потенциал по отношению к истоку, как и в полевом транзисторе с p-n-переходом. В канале n-типа основными носителями являются электроны, которые обеспечивают ток стока (I_с), протекающий от истока к стоку. Величиной тока стока управляет напряжение смещения (Е_зи), приложенное между затвором и истоком, как и в полевом транзисторе с p-n-переходом. Когда напряжение на затворе равно нулю, через устройство течет заметный ток стока, так как в канале имеется большое количество ос­новных носителей (электронов). Когда на затворе появляется отрицательный потенциал по отношению к истоку, ток стока уменьшается вследствие обед­нения основных носителей. Если отрицательный по­тенциал достаточно велик, то ток стока падает до нуля. Основное различие между полевыми транзи­сторами с р-п-переходом и полевыми транзисторами с изолированным затвором состоит в том, что на затворе полевого транзистора с изолированным за­твором может также быть и положительный потен­циал по отношению к истоку. В полевом транзисто­ре с p-n-переходом этого сделать нельзя, так как в этом случае p-n-переход затвор-канал будет смещен в прямом направлении.

Когда напряжение на затворе полевого МОП тран­зистора обедненного типа положительно, изолиру­ющий слой из двуокиси кремния предотвращает ка­кой-либо ток через затвор. Входное сопротивление остается высоким и в канале появляется больше носителей (электронов), что увеличивает его прово­димость. Положительное напряжение на затворе может быть использовано для увеличения тока сто­ка МОП транзистора, а отрицательное напряжение на затворе может быть использовано для уменьшения тока стока. Поскольку отрицательное напря­жение подается на затвор для обеднения n-канала МОП транзистора, он называется устройством обед­ненного типа.

МОП транзисторы с p-каналом работают точно так же, как и транзисторы с n-каналом. Разница толь­ко в том, что основными носителями являются дыр­ки. Вывод стока имеет отрицательный потенциал по отношению к истоку, и ток стока течет в проти­воположном направлении. Потенциал затвора мо­жет быть как положительным, так и отрицатель­ным по отношению к истоку.

МОП транзисторы обедненного типа как с n-каналом, так и с p-каналом являются симметричны­ми. Выводы стока и истока можно поменять места­ми. В специальных случаях затвор может быть сме­щен от области стока для того, чтобы уменьшить емкость между затвором и стоком. В случае, когда затвор смещен, выводы стока и истока нельзя поме­нять местами.