Появление первых промышленных образцов мощных полевых трйнзисторов (ПТ) в коеце 1976 г. вызвало та-кой ажиотаж, что еще до конца 70-х годов многие изготовители полупроводниковых приборов во всем мире занялись разработкой мощных ПТ. Кажется, что буквально каждый месяц появляется новый мощный ПТ, поражающий нас своими параметрами, часто пытающийся,, иногда с успехом, в чем-то превзойти своих предшественников.

Однако как только стихает рекламная шумиха, сопровождающая появление нового мощного ПТ, мы оказываемся в состоянии некоторого замешательства и пытаемся понять и оценить это изделие. Хотя информационные издания и ответственные за сбыт лица разъясняют нам их преимущества и характерные особенности, но вопросы, которые продолжают задаваться, свидетельствуют о том, что ни одно изделие не завоюет прочных позиций до тех пор, пока не найдет практического использования.

Настоящая книга ставит своей целью ответить на такие вопросы, как: что такое мощный ПТ; зачем он нужен; где и как можно применить мощные ПТ.

Книга начинается с ответа на первый вопрос и сравнения ПТ с некоторыми другими мощными полупроводниковыми приборами. Краткой историей развития мощных ПТ завершается гл. 1. Следующие две главы начинаются с сравнения особенностей и параметров освоенных промышленностью многочисленных типов мощных ПТ. Заканчиваются эти главы описанием конструкций различных мощных ПТ, что, наверное, поможет нам лучше понять принцип их работы и правильно выбрать ПТ для решения поставленной задачи.

Глава 4 должна особенно заинтересовать инженеров, занимающихся моделированием схем. Несмотря на обилие информационных изданий, ни одно из них не содержит тех конкретных данных, которые требуются для моделирования. Разработчику, знакомому с биполярными транзисторами (БТ), эта глава поможет разобраться в новой терминологии, характерной для ПТ.

Остальная часть книги посвящена применению мощных ПТ в областях, представляющих наибольший интерес для очень широкого круга читателей. Каждая глава построена по общему принципу: сначала определяется специфика рассматриваемой области применения и связанные с этим проблемы, а затем обсуждаются те ограничения, которые появляются, если не используются мощные ПТ. Далее следуют структурные и электрические схемы с соответствующими пояснениями. В конце каждой главы подыто-

живаются преимущества и возможные проблемы, связанные с примеиением мощных ПТ; в конце книги приводится обширный список литературы. Последняя глава,представляет собой краткое руководство по правильному выбору ПТ для того или иного применения.

Многие специалисты и фирмы оказывали мне поддержку при написании этой книги. В частности, Р. Зулиг снабдил меня обширной информацией по гридистору - миогоканальному ПТ, который он изобрел, и статическому индукционному транзистору. Мои рецензенты Р. Сивернс ((консультант) и Дж. Уиллард из фирмы Tektronix сделали много полезных замечаний, которые, я Б этом уверен, способствовали значительному повышению качества изложения. Особенно это касается гл. 5, для которой материалы по радиаторам были любезно предоставлены Сивернсом и специалистами фирмы International Rectifier. Выражаю признательность фирмам, позволившим воспользоваться их материалом.

Я не могу не выразить самой горячей признательности своей жене и детям, оказывавшим мне постоянную поддержку в работе. Наконец, я должен сказать, что эта инига никопда ие была бы написана, если бы мой друг Д. де Моу, сотрудник фирмы American Radio Relay League, не попросил Д. Боелио из издательства Prentice-Hall, Inc. связаться со мной. Им я приношу особую благодарность за то, что они сделали меня автором.

Э. С. Окснер

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1 Основные сведения о полевых транзисторах

Существуют два основных типа толевых транзисторов (ПТ): с управляющим р-п переходом и с изолированным затвором (МДП-транзистор). В свою очередь, ПТ каждого типа подразделяются на приборы с п- и р-каналом по аналогии с хорошо известными биполярными п-р-п и р-п-р транзисторами, буквы в обозначениях которых определяют тип проводимости областей прибора.

Полевые транзисторы можно изготавливать, используя несколько основных полупроводниковых элементов, расположенных характерным образом в периодической таблице элементов. Исходные элементы, из которых создают ПТ, находятся ,в IV группе а легирующие элементы, определяющие тип проводимости (п или р) канала (п-р-п или р-п-р тип прибора в случае биполярных транзисторов), расположены соответственно в П1 и V группах. Так как изучение физики полупроводников не входит в нашу задачу, то читатель, интересующийся этой стороной (вопроса, может обратиться к прилагаемому списку литературы. В то время как биполярные транзисторы выпускались на основе и германия, п кремния, мощные серийные транзисторы по ряду причин создавались преимущественно на основе кремния. Обе технологии (на основе кремния и германия) отработаны одинаково хорошо, однако кремний обладает двумя преимуществами - более высокой рабочей температурой и меньшими токами утечки. Это обусловило постепенный отказ от использования германия для мощных БТ и полный отказ от него в производстве мощных ПТ. Действительно, низкая рабочая температура германия ограничивает тепловое рассеяние и, следовательно, рабочую мощность. Как станет ясным из последующего изложения, это обстоятельство является непреодолимым препятствием для разработки мощных ПТ на основе германия.

Очень перопвктивны мощные ПТ из арсенида галлия, обладающие великолепными характеристиками при работе на сверхвысоких частотах; однако мы сосредоточим внимание только на мощ-«ьгх кремниевых ПТ.