1.1.1. Различия между полевыми транзисторами с управляющим р-п переходом и МДП-транзисторами

На рис. 1.1 показана классификация ПТ, которые делятся на приборы с управляющим р-п переходом и с изолированным затвором (МДП-транзисторы). Как мы увидим, и те, и другие вносят весомый вклад в технику мощных ПТ. Поэтому мы на время прервем процесс изучения мощных ПТ для того, чтобы выявить различия между ними и показать наиболее характерные особенности, отличающие их друг от друга.

с управляющим р-п переходом

-канальный

;?-канальныи

Полевой транзистор

/1-канальныи

МДП ~1-

;?-канальныи

Рис. 1.1. Классификация полевых транзисторов

Полевой транзистор с управляющим р-п переходом принципиально отличается от МДП-транзистора но технологаи изготовления, что хорошо иллюстрирует рис. 1.2. Мы видим, что у первого из них управляющий электрод {затвор) выполнен с применением диффузии или имплантации примесей в полупроводниковый кристалл. В МДП-транзисторе затвор изолирован от полупроводника диэлектрическим слоем, обычно двуокисью кремния (ЗЮг). Не вдаваясь в подробности, мы сразу можем установить основное различие в работе этих приборов. Если в ПТ первого типа соединить затвор с электродом истока, то приложенное к прибору напряжение будет падать в области между затвором и стоком. Так как в данном примере затвор обратно смещен относительно стока, между ними образуется обедненная область, не содержащая электронов. Поскольку ток представляет собой поток электронов, то с увеличением напряжения на стоке обедненная область расширяется, препятствуя росту тока стока. Поэтому, очевидно, должен существовать предельный уровень тока, протекающего через канал. Для полевых транзисторов с управляющим р-п переходом этот предельный ток называется током насыщения.

Транзисторы с МДП-структурой изготавливают в двух вариантах: с диффузионным (встроенным) каналом между истоком п стоком и без явного канала (с индуцированным каналом), как на рис. 1.2,6. В обоих приборах электрод затвора отделен от полупроводника слоем диэлектрика, в качестве которого, как отмечалось выше, обычно используют SiOa. В обоих случаях работа

о гт

Исток Затвор Сток

Омический контакт

Исток Затвор Сток.

Окисел [

р-кремний

6) Подложка (П)

Рис. 1.2. Структура полевого транзистора с управляющим р-п переходом (а) и

МДП-транзистора (б)

МДП-транзистора контролируется напряжением на затворе, который ведет себя подобно заряженному конденсатору, второй обкладкой которого служит полупроводниковый материал. Если необходимо уменьшить ток в МДП-транзисторе с встроенным каналом, то на затвор >нужно подать напряжение с полярностью, противоположной полярности напряжения на стоке. Затвор, действующий как заряженный конденсатор, создает поле в канале, которое вызывает обеднение канала электронами, и ток уменьшается в значительной степени так, как это происходит в ПТ с управляющим р-п переходом. Однако поскольку электрод затвора у МДП-транзистора не является р-п переходом, на него можно подавать обратное смещение, не опасаясь неблагоприятных последствий. Действуя таким же способом, мы можем вызвать обогащение канала электронами и тем самым существенно увеличить ток.

Очевидно, МДП-транзистор с индуцированным каналом находится в непроводящем состоянии при отсутствии напряжения на затворе. Чтобы вызвать ток, мы должны подать на затвор напряжение той же полярности, что у основных подвижных носителей R объеме полупроводника, индуцирующее в нем заряд противоположного знака. Теперь имеет место новое явление: этот заряд инвертирует тип проводимости приповерхностного слоя полупроводникового материала, образуя канал для протекания тока,. Обра-

тимся теперь к рис. 1.3 и будем считать, что проводимость исходного полупроводникового материала р-тша, электродов истока и стока - л-типа, а напряжение питания положительно. При положительном напряжении на затворе слой полупроводникового материала под затвором обогащается электронами. Повышение концентрации электронов в этом слое, имевшем до этого, как и весь

Окисел у

Д Исток

-н -ь -ь -н

1Затвор + + +/+ + -yyvvvvyVwvsa

Окисел t

Сток

1 Окисел

Инверсионный спой

Рис. 1.3. Образование инверсионного слоя в п-канальном МДП-транзисторе. Положительное смещение на затворе притягивает заряды противоположного знака в область под окислом, что изменяет ее исходную проводимость (с р- на и-тип) и приводит к образованию проводящего канала между стоком и истоком

исходный полупроводник, проводимость р-типа, вызывает явление, называемое инверсией. Другими словами, слой полупроводника р-типа под затвором приобретает проводимость п-типа, и между стоком и истоком начинает протекать ток.

В заключение проведем классификацию полевых транзисторов в соответствии с их основным механизмом работы. Приборы с управляющим р-п переходом всегда имеют встроенный канал и могут работать только в режиме обеднения носителями, а приборы с МДП-структурой могут иметь как встроенный, так и индуцированный канал, а иногда каналы обоих типов, причем при наличии встроенного канала МДП-транзистор может работать в режиме обеднения и обогащения.

1.2. Зачем нужны мощные полевые транзисторы?

Мощные ПТ быстро вытесняют широко распространенные мощные БТ во многих областях применения, где последние несколько лет занимали доминирующее положение. Почему возник столь неожиданный интерес к мощным ПТ? Что привлекло к ним внимание? В последующих нескольких разделах мы попытаемся ответить на эти вопросы.