Транзисторы структуры металл - диэлектрик - полупроводник (МДП).

 

Структура полевого транзистора с изоляцией затвора от канала обратносмещенным p-n переходом имеет существенный недостаток, состоящий в том, что при проектировании устройств с такими

Рис.39 Структура МДП-транзистора со встроенным каналом и его изображение на принципиальных схемах.

транзисторами необходимо тщательно анализировать схему с тем, чтобы убедиться, что в процессе работы на затвор не будет попадать напряжение смещающее переход в прямом направлении. Поэтому были разработаны транзисторы, у которых изоляция канала не зависит от знака напряжения на затворе. Такие транзисторы получили название — транзисторы структуры металл - диэлектрик - полупроводник (МДП-транзистор). В дальнейшем с совершенствованием технологии диэлектрик стали выполнять окислением кремния и поэтому эти транзисторы стали обозначать МОП (метолл - окисел - полупроводник) транзисторы.

Одна из разновидностей структур таких транзисторов приведена на рис.39. Как видно из рисунка в кристалл проводимостью p встраивается зона проводимости n, верхняя часть которой покрывается тонким слоем диэлектрика. Крайние части n зоны, поверхность диэлектрика и нижняя часть кристалла металлизируются, к металлизации привариваются выводы (электроды), обозначения которых показаны на схеме. Таким образом, между истоком и стоком образуется канал типа n, и при подключении между этими электродами источника питания в указанной полярности в канале формируется ток основных носителей Iснач — начальный ток стока. Для управления током канала необходимо подавать напряжение на затвор относительно истока и образующееся электрическое поле взаимодействует с основными носителями канала — электронами, таким образом, что при подаче на затвор уменьшающегося (отрицательного) напряжения ток канала уменьшается, а при увеличении напряжения на затворе ток канала увеличивается. Получающаяся при зтом передаточная характеристика похожа на передаточную характеристику транзистора с p-n переходом, которая будет отличаться возможностью работы и при положительном напряжении на затворе. Однако обязательно нужно учитывать, что и у этого транзистора при положительном напряжении на стоке напряжение отсечки Uзиотс — отрицательно. Как указывалось ранее, такие особенности работы требуют двух источников напряжения: - положительного для питания стоковой цепи, - отрицательного для затворной цепи (цепи управления), а это существенно усложняет применение данного типа транзистора в электронных схемах ЭВМ.

Рис.41. Переходная характеристика NMOP транзистора с индуцированным каналом.

Другой разновидностью транзисторов структуры МОП является транзистор с индуцированным каналом (см. рис.40.). Рассмотрим структуру транзистора на примере n - канального.

Рис.40. Структура, включение и изображение МОП транзистора с индуцированным каналом.

В кристалл p - проводимости с высокой концентрацией неосновных носителей (электронов) встраивают два боковых карман проводимостью типа n. Поверхность кристалла между карманами окисляют. Далее осуществляют металлизацию поверхности окисла, поверхностей карманов и нижней части кристалла (подложки), к металлизации приваривают выводы (электроды). При неподключенных источниках питания как основные (дырки), так и неосновные носители зарядов в p - слое будут равномерно распределены, и между стоком, истоком и подложкой будут сформированы два встречно включенных p-n перехода. Подобная особенность структуры приводит к тому, что при подаче напряжения между истоком и стоком (Uси) один из переходов обязательно будет иметь обратное смещение, и ток в канале будет отсутствовать, т.е. начальный ток стока равен нулю (Iснач=0). Если напряжение на затворе увеличивать, что приведет к увеличению положительного потенциала на затворе относительно истока, то электроны имеющие отрицательный заряд будут притягиваться к затвору. В области затвора будет увеличиваться концентрация электронов, и чем больше напряжение, тем выше концентрация электронов. При определенном напряжении на затворе (Uзиотс) концентрация электронов настолько повышается, что в области затвора исчезают p-n переходы, т.е. образуется проводящий канал, и ток стока начинает резко увеличиваться. Так как канал образуется только при подаче на затвор напряжения, то такой транзистор называют “транзистор с индуцированным каналом” и его переходная характеристика показана на рис. 41.