Затвор /Г

Сток

Подложка Исток Затвор Сток 0 0 0 0

Исток

Затвор о-

Стоко Изолирующий окисел

Подложка

Исток i

о Сток

Затвор 2 о-Затвор Г о-

Исток

Рис. 4.11. Структура полевого транзистора с р-я-переходом (а); условное обозначение полевого транзистора с р-ге-переходом (б); структура полевого МОП-транзистора, илн транзистора с изолированным затвором, н условное обозначение полевого МОП-транзистора с одним затвором (в); условное обозначение полевого МОП-транзистора с двумя затворами (г).

Полевой МОП-транзистор работает в одном из двух режимов: обогащения и обеднения. Хотя некоторые МОП-транзисторы работают только в одном из этих режимов, есть и такие, ко-

" В отечественной литературе полевые МОП-транзисторы подразделяются соответственно на нормально открытые и нормально закрытые. - Ярыж. перев.

торые могут работать в любом, в зависимости от того, какое напряжение приложено к затвору - отрицательное или положительное.

У полевого МОП-транзистора нет настоящей области затвора. В качестве затвора выступает простой металлический омический контакт, присоединенный к изолирующему слою окисла. Он создает электростатическое поле в области подложки между областями стока и истока. Затвор представляет собой конденсатор и работает как конденсатор. Когда к затвору приложено положительное напряжение, канал обогащен электронами. Чем в большей степени открыт затвор, тем более обогащен канал. В режиме обеднения между стоком и истоком создается тонкий слой проводящего полупроводника. Если к затвору приложить отрицательное напряжение, то оно образует зону, обедненную носителями.

Когда напряжение на затворе в полевых МОП-транзисторах, которые работают в режиме обогащения - обеднения, равно нулю, величина тока имеет промежуточное значение между максимумом и нулем. Увеличение напряжения в положительном направлении вызывает включение прибора и переводит его в режим обогащения. Увеличение напряжения в отрицательном направлении вызовет расширение обедненной зоны, а в связи с этим возрастает сопротивление канала и уменьшается канальный ток.

С полевым транзистором с р-п-переходом можно работать, как с любым другим полупроводниковым устройством, а полевой МОП-транзистор обладает большей чувствительностью. Изолирующий слой окисла металла между электродом затвора и подложкой/каналом имеет очень небольшую толщину. Напряжение пробоя обычно не превышает 100 В, а статический заряд, который может накопиться на вашем теле, как правило, гораздо больше. В результате иногда достаточно просто прикоснуться к полевому МОП-транзистору, чтобы повредить его! Вспомните гл. 2, где мы обсуждали эту проблему в связи с КМОП-инте-гральными схемами. С полевым МОП-транзистором нужно обращаться точно так же.

В некоторых полевых МОП-транзисторах используются диоды Зенера, размещающиеся в одном корпусе с транзистором. Они предназначены для шунтирования избыточного напряжения, возникающего в области легко разрушимого изолятора затвора. Примером такого транзистора является транзистор типа 40673 фирмы RCA. Этот полевой МОП-транзистор имеет два затвора (рис. 4.11,г), а с каждым затвором связаны два диода Зенера, предназначенные для защиты от шального заряда статического алектричества. Диоды включены в противоположном направлении и связаны друг с другом анодами.

На рис. 4.12 показано, как полевой транзистор с р-п-переходом (а заодно и полевой МОП-транзистор) можно использйвать

в качестве усилителя. Резистор истока косвенно создает смещение р-п-перехода, образующего затвор. Канальный ток, протекая через резистор, создает на нем падение напряжения, благодаря которому исток приобретает небольшой потенциал, положительный по отношению к земле. Ток, протекающий через резистор затвора, минимален, так как переход смещен в обратном направлении. В связи с этим падение напряжения на Rz почти равно нулю и естественно значительно меньше, чем падение напряжения на Ra. Таким образом, потенциал затвора равен потенциалу земли по постоянному току.

Итак, смещение-это такое состояние, когда затвор имеет

Выход -о

Вход

Рис. 4.12. Типичная усилительная схема с использованием полевого транзистора с р-ге-переходом.

потенциал земли, а исток - небольшой положительный потенциал. Мы хотим, чтобы потенциал затвора был чуть более отрицательным, чем потенциал истока. Если потенциал истока сделать более положительным, то потенциал затвора станет как раз таким, как нужно.

Основным преимуществом обоих типов полевых транзисторов является очень высокое входное сопротивление. Смещенный в обратном направлении переход полевого транзистора с р~п-переходом образует обедненную зону, которая имеет сопротивление канал - затвор порядка мегаом, при этом через барьер протекает лишь небольшой ток утечки.

Входное сопротивление МОП-транзистора еще выше, так как в этом случае входом является конденсатор, образованный металлическим контактом затвора и подложкой. Диэлектриком в этом конденсаторе служит изолирующий окисел металла. Некоторые из этих транзисторов имеют входные сопротивления порядка 10 Ом (а ведь это тераомы!), и даже у недорогих МОП-транзисторов сопротивления очень высокие.

Полевые транзисторы с р-«-переходом и МОП-типа используются в тех случаях, когда можно сыграть на очень высоком входном сопротивлении. Многими научными электронными приборами управляют электроды или специальные датчики, имеющие очень большие внутренние сопротивления. При этом вход усилителя, на который поступает сигнал, обязательно должен иметь еще более высокое сопротивление, желательно раз в 10 больше. Например, типовое значение внутреннего сопротивления