Новейшим типом канальных транзисторов являются приборы с изолированным
затвором, имеющие структуру: металл — окисел — полупроводник (сокращенно
МОП). У них р-п переход заменен окисным слоем (диэлектрик), на котором
размещен управляющий электрод (затвор). Такие транзисторы иногда
обозначают буквами МДП (от слов металл — диэлектрик — полупроводник).
На рис. 4 изображено схематически устройство канального транзистора с изолированным затвором. Основанием прибора служит кремниевая пластина с электропроводностью типа р. В ней созданы две области с электропроводностью типа n с повышенной концентрацией электронов, что обозначено символом n+. Эти области являются истоком и стоком и от них сделаны выводы. Между истоком и стоком создан тонкий приповерхностный канал, имеющий также электропроводность n-типа. На поверхности канала имеется диэлектрический слой двуокиси кремния толщиной порядка 0,1 мкм. Сверху диэлектрического слоя расположен затвор в виде тонкой металлической пленки. Если при нулевом напряжении затвора между истоком и стоком приложено напряжение любой полярности, то через канал протекает ток, представляющей собой поток электронов. Через основание ток не пойдет, так как один из р-п переходов находится под обратным напряжением. При подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока в канале создается электрическое поле, под влиянием которого электроны проводимости выталкиваются из канала в основание. Канал обедняется электронами, сопротивление его увеличивается, и ток уменьшается. Чем больше отрицательное напряжение затвора, тем меньше ток, что совершенно аналогично процессу в электронной лампе. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.
Если же на затвор подать положительное напряжение, то под влиянием электрического поля, созданного в канале этим напряжением, в канал будут приходить электроны, его проводимость увеличится и ток стока возрастет. Этот режим, в какой-то степени аналогичный случаю подачи положительного напряжения на сетку электронной лампы, называют режимом обогащения. Рассмотренный транзистор с проводящим каналом таким образом может работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения.
Его стоковые характеристики показаны на рис. 5. Если взято основание с электропроводностью n-типа, то канал будет р-типа и полярность напряжений должна быть противоположной. В отличие от обычных канальных транзисторов для транзисторов с изолированным каналом весьма характерно, что входное сопротивление остается очень высоким при любой полярности напряжения затвора.
Крутизна у них достигает единиц миллиампер на вольт. Выходное, т. е. внутреннее, сопротивление в рабочем режиме имеет величину от десятков до сотен килоом. Эти транзисторы обладают хорошими частотными, температурными и радиационными свойствами, а также создают значительно меньшие собственные шумы, нежели обычные транзисторы. В настоящее время МОП-транзисторы стали широко использоваться в качестве элементов различных схем в микроэлектронике.
Остановимся теперь на основных схемах включения канальных транзисторов. Они подобно обычным транзисторам могут включаться в усилительных устройствах по трем различным схемам: с общим истоком, общим стоком и общим затвором.
Усилительный каскад с общим истоком представлен на рис. 6. Входной сигнал поступает на участок затвор — исток, а выходной снимается с участка сток — исток. Среднее напряжение на затворе определяется напряжением смещения, получаемым с батареи В3. Исток является общим электродом для входного и выходного сигналов. При подаче напряжения на вход схемы напряжение на затворе меняется относительно своего среднего значения. Такие же изменения с напряжением, но с значительно большей амплитудой происходят на нагрузке RH. Подобный каскад с общим истоком обладает высокими значениями входного и выходного сопротивлений и обеспечивает максимальное усиление по напряжению при минимальном смещении на затворе. Обычно такой каскад используется для работы с малыми сигналами, так как при повышении входного напряжения возрастают искажения, обусловленные зависимостью крутизны характеристики от напряжения на затворе.
На рис. 6. показан усилительный каскад с общим стоком (истоковый повторитель). Он аналогичен ламповому катодному повторителю или эмиттерному повторителю, выполненному на обычном транзисторе. Входной сигнал поступает на участок между затвором и стоком, а выходной снимается с нагрузки, включенной в провод истока. Таким образом, сток служит общим электродом для входного и выходного сигналов.
Истоковый повторитель отличается высоким входным и сравнительно малым выходным сопротивлениями. Его часто применяют для согласования высокоомных источников сигнального напряжения с низкоомной нагрузкой, например, в качестве предварительного каскада усилителей, выполненных на обычных транзисторах. Большим достоинством истокового повторителя является возможность его использования для усиления как слабых, так и сильных сигналов.
Каскад по схеме с общим затвором приведен на рис. 6. Он аналогичен ламповому каскаду с общей сеткой или транзисторному каскаду с общей базой. Входной сигнал приложен между истоком и затвором, а выходное напряжение снимается с участка сток — затвор. Эта схема характеризуется низким входным и высоким выходным сопротивлениями. Ее можно использовать для согласования низкоомных источников сигнального напряжения с различными высокоомными цепями, например в транзисторно-ламповых схемах.
Приведенные на рис. 6 схемы применимы для транзисторов с каналом р-типа. Для транзисторов с каналом n-типа полярность питающих напряжений должна быть обратной.
|