Прибор состоит из пластин кремния, N – типа и представляет собой канал полевого транзистора. К концам подсоединены 2 металлических контакта. В противоположном конце введены акцепторные примеси, превращающие поверхностные слои в область проводника Р – типа, соединенные вместе и образующие единый электрод, называемый затвором. При этом образуются между каналом и затвором два Р – N перехода.
Изменяя напряжения на затворе Uзи, смещающие переходы в обратном направлении можно изменять сечение канала, за счет расширения или сужения объединенных слоев переходов, а следовательно, и величину протекания тока через переход.
Вольтамперная характеристика. Стоко - затворная, входная характеристика.
Ic = f (Uзи) Ucн = const
Описывается параболой:
Ic = Iсн [(Uзи/Uзо) - 1]²
При Uзи = 0 ток стока (Ic) = mах т.е. Ic = Icmax = Iсн (сечение канала максимально)
При увеличении обратного напряжения объединенные слои P – N переходов расширяются, уменьшается сечение канала, уменьшается величина протекающего тока через канал.
При достижении Uзи = Uзо ток стока уменьшается до нуля. Управление током стока почти безтоковое, т.к. на затвор подается обратное напряжение, и через него протекает только обратный ток перехода.
При напряжении Uзи = 0 и подаче на сток положительного напряжения, относительно истока, ток стока возрастет по нелинейному закону.
Когда напряжение на стоке достигает напряжения на уровне насыщения, происходит полное перекрытие объединенными слоями на стоке U истока, сечение остается первоначальным. При дальнейшем увеличении Uси ток стока слабо возрастает т.к. растет сопротивление канала.
При больших напряжениях на стоке происходит пробой структуры. Превышение напряжения Uсиmax для полевых транзисторов недопустимо.
Крутизна характеристики уравнения показывает усилительные свойства прибора.
Численные значения этого параметра: 0,1 ~ 10 (mA/B)
Внутреннее сопротивление
Rс = dUси/dIс Uзи = const ≈ ΔUси/ΔIс Uзи = const
Имеет значения: 100кОм ~ 2кОм
Входное сопротивление
Rвх= dUзи/dIз Uси = const ≈ ΔUзи/ΔIз Uси = const
Ток затвора (Iз) определяется обратным током через переход.
Имеет значения: 10 ~ 10 Ом
Входная емкость
Сзи – определяется частью барьерной емкости между затвором и истоком.
Сзс - определяется частью барьерной емкости между затвором и стоком.
Ссн - определяется частью барьерной емкости между стоком и истоком.
Предельная частота (fs)
fs – представляет верхнюю частоту диапазона на которой модуль крутизны характеристики управления уменьшается на 1/√2 раз.
Мощность (Рmax) допустимая мощность рассеивания.
Uсиmax, Iсmax, Uзиmax, Uзсmax – допустимые напряжения между электродами.
Лекция 13
МОП (МДП)
МОП – транзистор с изолирующим затвором по сравнению с полевым транзистором отличаются наличием между металлическим затвором и областью полупроводника слоя диэлектрика. В качестве диэлектрика используется SiO2 (МОП структура) МДП со встречным каналом.
При изготовлении МОП структуры в качестве транзисторов используется слаболегированная кремневая пластина Р или N – типа, при окислении на поверхности пластины образуется слой SiO2 (0,2 ~ 0,3 мкм)
В теле подложки создаются сильно легированные области имеющие проводимость противоположного типа. Подложка в рабочем режиме соединяется с затвором и может служить и дополнить управляющий электрод.
Вольтамперная характеристика МОП транзистора со встроенным каналом можно записать: Ic = f (Uзи) Uсн = const
Ic = f (Uси) Uзи = const
Ток стока будет протекать даже при нулевом смещении затвора т.е. Uзи = 0. Если к затвору относительно истока приложить отрицательное напряжение, то дырки из подложки будут втягиваться в канал, а электроны вытягиваться. Проводимость канала части основных носителей уменьшится. Ток стока уменьшится (режим обеднения).
При Uзи = Uзо естественный канал исчезает и Iс = 0.
Положенное смещение затвора вызывает приток в канал основных носителей и ток стока возрастает (режим обогащения).
При отсутствии смещение на затворе канал отсутствует. (Iс = 0)
При положительном, относительно истока, U на затворе, в поверхностном слое между истоком и стоком, из-за наличия диэлектрика, происходит явление инверсии, образуется тонкий канал инверсного слоя.
Проводимость для основных носителей заряда увеличится с ростом напряжения на затворе. Если к стоку приложить напряжение той же полярности, то Iс увеличится с увеличением напряжения Uзи.
Uпорога – напряжение отсечки, при этом напряжение транзистора закрыто. Отсутствие тока стока при Uзи = 0 и одинаковая полярность на затворе Iс.
МОП с индуктивным каналом благоприятен для построения высокоэкономичных импульсных схем.
Лекция 14
Тиристоры
Это полупроводниковый прибор с двумя устройствами имеющие 3 и более P – N перехода, и который может переключиться из закрытого состояния в открытое.
Графическое обозначение:
Структурная схема тиристора и диристора.
Четырехслойная структура P1-N1-P2-N2 соединения двух транзисторов в одном приборе.
ВАХ диристора и тиристора (общая)
I´´´y > Iy
Если ток управления Iд = 0 (диристорный режим). При диристорном режиме включение тиристора и малых внешних напряжений. Iанода мало чем отличается от теплового Iко.
Приложенное напряжение Uанода (U между анодом и катодом) небольшое. Ua < Uпереключения
Допереходы Р1 и Р3 смещаются в прямом направлении, а Р2 в обратном. При отсутствии внешнего напряжения (Ua) в P – N переходе возникают потенциальные барьеры, как у диода или биполярного транзистора.
Потенциальные барьеры снижаются при прямом смещении перехода (Р1 и Р3), ток переходов определяется неосновными носителями зарядов, а так же эффектом лавинного размножения носителей заряда в обратно смещенном переходе Р2.
Iобщ = Iко/1-α1-α2
Iко – сумма тока термогенерации и теплового тока в Р2.
α1 и α2 – коэффициенты передачи токов от Р1 и Р3 к Р2
При увеличении анодного напряжения Iобщ растет, т.к. увеличивается смещение переходов Р1 и Р3.
Когда внешнее напряжение Ua становится Uпереключения, внутренне положенная связь вызывает лавинообразный процесс инжекции основных процессов. Резкое увеличение концентрации электронов и дырок в Р2 приводит к быстрому снижению напряжения обратного смещения перехода Р2, следовательно и уменьшению напряжения Uа на всем приборе. Это значит что ВАХ тиристора имеет участок отрицательного сопротивления (аb участок). Рабочий участок (bd) когда ток ограничивается только сопротивлением нагрузки. Для выключения тиристора нужно уменьшить прямой ток Ia что бы его значение не больше тока включения Iвкл (точка С), или приложить к структуре тиристора напряжение обратной полярности. При смещении тиристора в обратном направлении ВАХ имеет такой же вид как и у диода (ОЭ).
Напряжение переключения можно уменьшить если в цепь примыкающей к переходу Р2 внести от внешнего источника дополнительное число носителей заряда за счет тока управления (тиристорный режим).
