Принцип действия полевого транзистора с изолированным затвором основан на эффекте изменения концентрации подвижных носителей заряда в поверхностном слое полупроводника под действием внешнего электрического поля, созданного напряжением, приложенным к металлическому электроду, который отделен от поверхности полупроводника слоем изолятора.
Имеются две разновидности МОП-транзисторов: с встроенным каналом и с индуцированным каналом. Обе разновидности имеют три электрода: исток, сток и затвор. Исток и сток представляют собой две сильно легированные области типа р+ (или и+), созданные на полупроводниковой пластинке (подложке) типа п (или р) (рис. 4-31 и 4-32). На поверхности пластинки нанесен слой изолирующего материала. Над истоком и стоком в диэлектрике сделаны отверстия для омических контактов. Между истоком и стоком изолирующий материал покрыт тонкой металлической пленкой, служащей затвором. Полупроводниковую подложку можно использовать в качестве дополнительного управляющего электрода. Однако она обычно соединяется с истоком.
В МОП-транзисторе с встроенным каналом (рис. 4-31, а) между истоком и стоком создан тонкий поверхностный канал, тип электропроводности которого совпадает с типом электропроводности областей истока и стока. При подключении источника питания в цепи нагрузки такого транзистора протекает даже при нулевом смещении на затворе. Семейство выходных вольт-амперных характеристик МОП-транзистора с встроенными р-каналом приведено на рис. 4-31, б (у транзистора с проводящим каналом типа р на сток подается отрицательный потенциал относительно истока). По внешнему виду характеристики
Исток Затвор ш
Изолятор Сток
• г
 |
|||
 |
|||
U0 в)
Рис. 4-31.
аналогичны характеристикам полевого транзистора с затвором в виде р-и-перехода.
При подаче на затвор отрицательного относительного истока смещения (и дальнейшем увеличении его абсолютной величины) в канале возрастает концентрация подвижных носителей заряда, повышается удельная электропроводность канала и, следовательно, увеличивается ток стока. Такой режим работы МОП-транзистор называют режимом обогащения. Подача на затвор положительного относительно истока смещения и дальнейтее его увеличение приводят к уменьшению концентрации подвижных носителей заряда в канале и, следовательно, к уменьшению тока стока. Такой режим работы МОП-транзистора называют режимом обеднения. МОП-транзисторы с встроенным каналом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения. Режим работы определяется полярностью напряжения на затворе и типом электропроводности канала. Напряжение на затворе U0, при котором прекращается протекание тока стока, носит название порогового напряжения, а напряжение на сток U„, начиная с которого прекращается возрастание тока стока, называют напряжением насыщения.