Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Полевые транзисторы с изолированным затвором

В рассмотренном полевом транзисторе затвор отделен от канала обратно смещенным р-n-переходом. Однако затвор от канала можно отделить тонким изолирующим слоем, образовав его над каналом перед изготовлением электрода затвора. При очень тонком изолирующем слое проникновение поля в канал не ухудшается. Если для изолятора выбран материал с высоким сопротивлением, ток затвора может быть, чрезвычайно низким, не зависящем от полярности приложенного к затвору напряжения (в этом отличие от ПТ с р-n-переходом). Такие структуры называют полевыми транзисторами с изолированным затвором.

Структуры ПТ с изолированным

затвором

Структура транзистора показана на рис. 4.23. В подложке из полупроводника p-типа с относительно высоким удельным сопротивлением созданы две сильнолегированные области n+-типа, одна из которых является истоком, другая – стоком. Обе области расположены на близком расстоянии друг от друга (5 – 50 мкм). Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким (порядка 0,1 мкм) слоем диэлектрика. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод – затвор. Подложку обычно соединяют с истоком. Получается структура, состоящая из слоя металла, диэлектрика и полупроводника, то есть МДП-структура.


Исходным полупроводником для ПТ с изолированным затвором в основном является кремний. Поэтому в качестве диэлектрика под затвором используется обычно слой двуокиси кремния SiO2. Такой полевой транзистор называют ПТ типа металл- окисел-полупроводник или МОП-транзистором.

Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом. Условные обозначения МДП-транзисторов показаны на рис. 4.24.



МДП-транзисторы с индуцированным каналом

В данном приборе в исходном состоянии между стоком и истоком отсутствует токопроводящий канал. Высоколегированные n+-области стока и истока с полупроводником подложки образуют p-n-переходы, поэтому при любой полярности напряжения на стоке относительно истока один из этих p-n-переходов оказывается включенным в обратном направлении и препятствует протеканию тока.

При подаче положительного напряжения на затвор электрическое поле через диэлектрик проникает в приповерхностный слой подложки и выталкивает из нее основные носители заряда (дырки), то есть у поверхности полупроводника под затвором возникает обедненный основными носителями заряда слой, состоящий из ионизированных нескомпенсированных атомов примеси.

Дальнейшее увеличение напряжения на затворе вызовет приток к поверхности подложки неосновных носителей заряда (электронов). При определенном значении напряжения Uзи, которое называется пороговым напряжением (Uзи пор), в тонком приповерхносном слое на границе с диэлектриком существенно увеличится концентрация электронов, т.е. в этом слое происходит изменение типа электропроводности с дырочной на электронную. Под затвором возникает инверсный слой, который и является проводящим каналом между стоком и истоком. Такой канал называют индуцированным (наведенным).

При изменении напряжения на затворе изменяется концентрация подвижных носителей в канале, а также толщина проводящего канала, изменяется его проводимость, а следовательно, и ток стока (Ic), протекающий в канале от истока к стоку, если между ними приложено напряжение Uси. Так происходит управление током стока в МДП-транзисторе с индуцированным каналом.

Статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом

Выходные статические характеристики – это зависимость:

.

Характер этой зависимости для МДП – транзистора аналогичен характеру таких же зависимостей для ПТ с управляющим переходом (рис. 4.25).

При заданном напряжении на затворе транзистора по мере увеличении напряжения Uси ток стока вначале увеличивается почти линейно (омическая область), затем скорость его возрастания уменьшается, при некоторых значениях (Uси.нас) ток стремится к постоянной величине (область насыщения), а далее резко возрастает (область пробоя).

В работающем транзисторе по каналу течет ток Ic, поэтому напряжение между затвором и каналом (из-за падения напряжения на сопротивлении канала) в различных поперечных сечениях оказывается неодинаковым, а изменяется от Uзи вблизи истока до напряжения (Uзи – Uси) вблизи стока. Из-за этого различной оказывается и толщина индуцированного канала: она больше вблизи истока и меньше близи стока.

При Uси.нас = Uзи – Uзи.пор напряжение на затворе относительно стокового участка канала становится равным пороговому напряжению, что приводит к перекрытию индуцированного канала вблизи стока (толщина канала в месте перекрытия очень мала), происходит ограничение тока стока так же, как в транзисторах с управляющим p-n–переходом.

Дальнейшее увеличение Uси приводит только к удлинению перекрытия, поэтому ток не растет. При увеличении напряжения на затворе ток стока увеличивается, и характеристики смещаются вверх. Так как возникновение и увеличение проводимости канала связано с его обогащением подвижными носителями заряда (дырками), то считают, что транзисторы подобного типа работают в режиме обогащения. Согласно этому принципу транзисторы с управляющим p-n–переходом работают в режиме обеднения.

Статическая характеристика передачи (или сток – затвор)

Статическая характеристика передачи отражает зависимость:

.

Эта характеристика обычно приводится для режима насыщения. Характер статической характеристики передачи ясен из принципа действия транзистора с индуцированным каналом (рис. 4.26).

МДП-транзисторы со встроенным каналом

В МДП-транзисторах со встроенным каналом на стадии их изготовления технологическим путем между областями стока и истока создается тонкий приповерхностный слой (канал) с таким же типом электропроводности, что и электропроводность областей стока и истока. Поэтому в таких транзисторах при нулевом напряжении на затворе включение источника постоянного напряжения между стоком и истоком сопровождается прохождением через канал некоторого тока, называемого начальным током стока. При положительном напряжении на затворе канал будет обогащаться основными носителями заряда (электронами), и его проводимость будет увеличиваться, ток стока также.

При подаче на затвор отрицательного напряжения происходит приток дырок из глубины полупроводника к каналу, и выталкивание из него электронов. Сопротивление канала увеличивается, а ток стока уменьшается. При некотором положительном напряжении на затворе, называемом напряжением отсечки (Uзи.отс), происходит инверсия типа электропроводности канала, и n-области стока и истока окажутся разделенными областью полупроводника p-типа. Ток стока уменьшится до значения, равного значению обратного тока p-n-перехода.

Следовательно, МДП-транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения.

Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом

Выходные (стоковые) характеристики и характеристики передачи МДП-транзистора со встроенным каналом отличаются от аналогичных характеристик МДП-транзистора с индуцированным каналом тем, что содержат характеристики, снятые как при отрицательных, так и при положительных напряжениях на затворе (рис. 4.27).


Статические дифференциальные параметры S, Ri определяются с помощью построений на статических характеристиках, а коэффициент µнаходят по внутреннему уравнению:

.

Как и в транзисторах с управляющим p-n-переходом параметры имеют тот же физический смысл и примерно те же значения, но входное сопротивление (Rзи) на несколько порядков больше входного сопротивления транзисторов с управляющим переходом и может составлять 1012 ...1014 Ом.

Максимально допустимые параметры полевых транзисторов

Максимально допустимые параметры определяют значения конкретных режимов полевых транзисторов, которые не должны превышаться при любых условиях эксплуатации и при которых обеспечивается заданная надежность. К максимально допустимым параметрам относятся:

· максимально допустимые напряжения:

затвор – исток (Uзи max);

затвор – сток (Uзс max);

сток – исток (Uси max);

сток – подложка (Uсп max);

исток – подложка (Uип max);

затвор – подложка (U зп max);

· максимально допустимый постоянный ток стока (Iс max);

· максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность (Рmax).


ТИРИСТОРЫ

Классификация тиристоров

Тиристор – это полупроводниковый прибор с тремя и более p-n-переходами, предназначенный для преобразования электрического тока, в вольт-амперной характеристике которого имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления. Тиристоры являются ключевыми приборами, т.е. могут длительное время находиться в одном из устойчивых состояний равновесия: прибор включен или прибор выключен.

В зависимости от числа внешних электродов различают тирис­торы:

· диодные (динисторы), имеющие два электрода;

· триодные (тринисторы), имеющие три электрода;

· тетродные, имеющие четыре электрода.

В зависимости от способности пропускать ток в одном или двух направлениях тиристоры разделяются на однопроводящие и двухпроводящие (симметричные тиристоры или симисторы).

По мощности тиристоры делятся на маломощные (Iср < 0,3 А), средней мощности (Iср < 10 А) и силовые (Iср > 10 А).

Тиристоры малой и средней мощности имеют маркировку, состоящую из шести элементов:

· первый элемент (буква или цифра) обозначает исходный материал, из которого изготовлен тиристор (например, К или 2 – кремний);

· второй элемент (буква) обозначает тип тиристора: Н – диодные, У – триодные;

· третий элемент (цифра) характеризует тип и мощность тиристора:

ü диодные: 1 – малой мощности, 2 – средней мощности;

ü триодные: 1 – незапираемые малой мощности, 2 – средней мощности, 3 – запираемые малой мощности, 4 – средней мощности, 5 – симметричные незапираемые малой мощности, 6 – средней мощности;

· четвертый и пятый элементы (цифры) обозначают порядковый номер раз­работки от 01 до 99;

· шестой элемент (буква) обозначает разновидность данной группы тиристоров, отличающихся одним или несколькими пара­метрами, не являющимися классификационными.

Силовые тиристоры имеют марки­ровку, состоящую из четырех элементов:

· первый элемент состоит из 1 – 4 букв, указывающих:

ü первая – на принадлежность тиристоров к классу силовых (Т);

ü вторая – на принадлежность тиристора к группе лавинных (Л), симметрич­ных (С), высокочастотных (Ч), импульсных (И), с повышенным быстродействием (Б), с улучшенными динамическими свойствами (Д);

ü третья – Л (лавинный) – присваивается специализированным тиристорам, относящимся также к группе лавинных (например, ТЧЛ – тиристор высокочастотный лавинный);

ü четвертая (В) - что тиристор имеет водяное охлаждение.

При наличии нескольких конструктивных исполнений тиристора одного типа буквенная часть первого элемента дополняется цифрой;

· второй элемент (числовой) соответствует предельному значению прямого тока в амперах, проходящего через тиристор, при указанных в паспорте условиях эксплуатации;

· третий элемент (числовой) определяет класс прибора. Число, характеризующее класс тиристора, равно предельному значению амплитуды повторяющегося напряжения в вольтах, деленному на 100;

· четвертый элемент состоит из трех цифр, характеризующих: первая – допустимую скорость нарастания прямого напряжения (du/dt); вторая – время выключения (tвыкл); третья – допустимую скорость нарастания прямого тока (di/dt).






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2020 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.