Польовий МДН-транзистор

Польові МДН-транзистори (з ізольованим затвором) діляться на транзистори з вбудованим та індукованим каналом. Структура МДН-транзистора (М-метал; Д-діелектрик; Н-напівпровідник) з вбудованим каналом представляє собою підложку з напівпровідника n- або p-типу, в яку вбудовується канал з напівпровідника іншого типу провідності (рис. 45). Напівпровідниковий канал відокремлений від металевого затвору тонким шаром діелектрика. До каналу через області з підвищеною концентрацією домішок приєднані металеві виводи, що називаються стоком (С) та істоком (І). Напівпровідникова підложка, ізольована від зовнішнього середовища діелектриком SiO₂, також має металевий вивід (П), який зазвичай з’єднаний з істоком для того, щоб p-n-перехід між каналом та підложкою був закритий. Це забезпечує ізоляцію каналу від підложки при нормальній полярності U_сі.

Рис. 45

Сток-затворні (вхідні) та стокові (вихідні) характеристики МДН-транзистора зображені на рис. 46.

Рис. 46

У МДН-транзисторів з вбудованим каналом нелінійність стокових характеристик пояснюється тим, що при збільшенні напруги U_сі, приєднаного одним своїм кінцем до стоку, а іншим до затвора (через джерело U_зі), рухливі носії заряду витісняються з області каналу, розташованої під затвором, в області з підвищеною концентрацією домішок, що приводить до збільшення опору каналу. Збідніння каналу рухливими носіями заряду, що відбувається при цьому, буде по довжині каналу нерівномірним (найбільшим у стоку). Підвищення по модулю напруги між затвором і джерелом U_зі, при зазначеній на рис. 45 полярності, також приводить до збідніння каналу, але тільки рівномірному по довжині каналу, тому стокові характеристики при U_зі < 0 пройдуть нижче щодо характеристики, знятої при U_зі = 0.

МДН-транзистори з вбудованим каналом можуть працювати й у режимі збагачення при іншій (у порівнянні з показаною на рис. 45) полярності напруги U_зі. У цьому режимі основні носії заряду (у цьому випадку електрони) під дією поля затвора будуть втягуватися в канал з областей n⁺ (p⁺ у випадку подложки n-типу), тим самим збагачуючи канал рухливими носіями заряду (яких у каналі при U_зі = 0 порівняно небагато), тому стокові характеристики в режимі збагачення розташуються вище характеристики, знятої при U_зі = 0.

Відносно малих приростів напруг, викликаних дією джерела вхідного сигналу, МДН-транзистор можна розглядати як лінійний елемент електричного кола та представляти у вигляді малосигнальної еквівалентної моделі. В моделюючій еквівалентній схемі на рис. 47 не показані опори між затвором та каналом, так як їх значення доволі великі. Всі елементи моделюючої схеми – диференціальні, тобто визначені для приростів напруг на струмів.

Рис. 47

Джерело струму у вихідному колі керується вхідною напругою U_зі, при чому ефективність керування залежить від параметру «крутизни»

Внутрішній опір

на початкових лінійних ділянках стокових характеристик при малих напругах U_сі моделює опір матеріалу каналу, а на пологих ділянках – ще і процес збіднення каналу при дією напруги U_сі. Ємності C_зі та C_зс моделюють ємність плоского конденсатора, що утворений металевим затвором та напівпровідниковим каналом. Ємність C_сі являється бар’єрною ємністю закритого p-n-переходу між стоком та підложкою.