Принцип работы и физическая структура ПТШ.

 

Физическая структура.

 

 

Отличия от МОП-структур.

1. В ПТШ затвор кладётся прямо на -слой.

2. Из структуры видно, что металлический затвор и -активный слой образуют диод Шоттки (металл-полупроводник), т.е. через этот затвор будет протекать ток.

 

Принцип работы.

 

Если ничего не подавать на затвор, то активные электроны, расположенные в -слое под затвором, уходят в металл (электроны всегда переходят в металл из полупроводника из-за разницы работ выхода). Под электродом образуется обеднённая область, в которой подвижных электронов нет.

Если, теперь приложить разность потенциалов , то по оставшемуся в -слое каналу потечёт ток стока .

Если подать , тогда в обеднённую область начнёт подтягиваться определённое количество электронов. Объём обеднённой области при этом будет уменьшаться, сечение канала увеличиваться и ток стока будет тоже расти.

 

Электрические характеристики и параметры ПТШ на арсениде галлия.

 

 

ВАХ ПТШ очень похожи на ВАХ МОПТ. Они также имеют крутой и пологий участки.

 

1. Триодный (крутой) участок ().

 

Из теории ПТШ можно показать, что ВАХ описывается выражением закона степени .

,                                   (28)

где  - концентрация донорной примеси в активном -слое.

Из этого выражения видно, что в ПТШ ток в зависимости от напряжения на электродах прибора растёт медленней, чем в МОП-структурах, где ВАХ описываются квадратными уравнениями.

 

Параметры уравнения:

 - внутренняя проводимость ПТШ.

 - коэффициент удельной крутизны МОПТ (для сравнения). Т.о. между  и  имеется полная аналогия.

 - внутренний встроенный потенциал контакта Шоттки.

 

2. Пентодный (пологий) участок ().

 

,                                                                                          (29)

где .

 

Доопределим напряжение отсечки:

.

 

НО и НЗ ПТШ на .

 

На практике различают два типа ПТШ: нормально открытые и нормально закрытые ПТШ.

 

Нормально открытые ПТШ.

 

Это приборы, у которых в исходном состоянии канал не перекрывается обеднённой областью,  в исходном состоянии. Для НО ПТШ параметр  имеет большие значения ().

Для НО ПТШ .

 

Нормально закрытые ПТШ.

 

В исходном состоянии канал автоматически перекрыт обеднённой областью и так нет: . Для НЗ ПТШ параметр  имеет малые значения ().

Для НЗ ПТШ .

 

Входные ВАХ НО и НЗ ПТШ.

 

                   

 

ВАХ для тока затвора ПТШ.

 

В отличие от МОПТ, в ПТШ имеет место ток затвора , равный току диода Шоттки.

В практических схемах исток заземляется, поэтому ток затвора течёт в исток. Тогда суммарный ток истока

.

(т.к. при  начинает работать диод Шоттки и к току стока  добавляется ток затвора ).

Т.о. в ПТШ, как и в БТ, имеется 2 тока, а не 1 как в МОПТ.

 

.

,                                                                             (30)

где  - коэффициент неидеальности диода Шоттки.

 

Можно показать, что для контакта Шоттки

,

где  - площадь затвора;

 - постоянная Ричардсона;

 - потенциал барьера Шоттки.

 

Эквивалентная схема ПТШ.

 

 

 и  рассчитываются на основании конструкции и справочных данных.

 

Ключи на БТ.

 

 

Транзистор переходит в насыщение и устанавливается напряжение .

 

 

                               

 

 

 

 

1. Участок .

; ;                                                                                      (31)

 

2. Участок .

;

                                                                            (32)

 

                                                                                                   (33)

 

                                                                               (34)

 

 

                                                                                          (35)

 

Подставляем (35) в (34):

 

                                                                (36)

 

Формула (36) выражает  через  на участке, где транзистор работает в нормальном режиме.

 

Нужно чтобы зона  была как можно меньше. Для этого нужно увеличивать  и уменьшать .

 

3. Участок .

                                                   (37)

                                                                      (6)