December 15 2017 04:34:16
Навигация
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
МДП транзистор
ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Управление выходным током в транзисторной структуре возможно воздействием электрического поля через диэлектрик в структуре "металл – диэлектрик - полупроводник» (МДП). Принцип действия полевого транзистора базируется на изменении удельной электрической проводимости полупроводникового материала.

МДП-транзистор формируется на полупроводниковой из слабо легированного кремния  р-типа или диэлектрической (сапфир) подложке в виде областей n+-типа истока (И) и стока (С), между которыми расположен канал для прохождения тока (рис.1.12,а).


              Рис.1.12. Структура МДП транзистора (а), его проходная (б) и выходные (в) характеристики

Над каналом помещают управляющий электрод из алюминия – затвор (З), изолированный от подложки диэлектриком (обычно используют окись кремния SiO2 ).

При отсутствии напряжения на затворе UЗ = 0 ток iс отсутствует при любой полярности напряжения на стоке uс , т. к. область полупроводника между стоком и истоком представляет собой n+- р - n+ структуру (два встречно включенных перехода).

Если между затвором и полупроводниковой подложкой приложить напряжение uЗ, то созданное электрическое поле изменяет концентрацию носителей заряда в прилегающем к диэлектрику слое полупроводника и влияет на удельную электрическую проводимость слоя s.

При небольшом положительном напряжении электрическая проводимость приграничной зоны уменьшается из-за оттока под действием электрического поля свободных положительных зарядов (дырок). Значительное увеличение положительного напряжения на затворе и сильное возрастание напряженности электрического поля приводит к ионизации и появлению свободных электронов (отрицательного заряда в приграничной области). При пороговом напряжении U0 в приграничном слое полупроводника изменится характер проводимости (инверсия типа проводимости), т. е. в подложке р-типа под действием поля создается канал n-типа.

В образовавшемся при uЗ > U0 проводящем канале n-типа возникнет ток iс от истока (область n+) к стоку (область n+). Проходная характеристика транзистора iс(uЗ) отражает влияние напряжения затвора uЗ на ток канала iс (рис.1.12,б). Кроме того, ток через канал iс зависит от приложенного к нему напряжения uс. При небольшом значении напряжения сток – исток  можно считать сопротивление канала Rк постоянным (не учитывать незначительное изменение концентрации электронов вдоль канала) и выходную характеристику транзистора iс(uс) на начальном участке при неизменном напряжении затвора (рис.1.12,в) описать линейной зависимостью uс = Rк iс.

Увеличение напряжения на стоке при неизменном напряжении затвора вызовет заметное уменьшение концентрации электронов от истока к стоку за счет падения напряжения на канале, что приведет к возрастанию сопротивления канала и отклонению зависимости iс(uс) от линейной. При дальнейшем увеличении напряжения uс  в области стока напряжение между затвором и каналом uк приблизится к пороговому U0 и ток стока iс не будет изменяться, т.е. на выходной характеристике транзистора образуется пологий участок.

Напряжение затвора влияет на выходную характеристику в силу изменения сопротивления канала и при разных значениях uЗ получим семейство выходных характеристик (рис.1.12,в).

Для описания характеристик МДП-транзистора можно использовать кусочную модель Хофстайна, которая представляет аналитические зависимости по участкам:

  1. отсутствие канала img11 (транзистор закрыт) при img12;

  2. линейная область img13 при малых значениях напряжения на стоке  img14;

  3. режим насыщения (постоянного тока) img15 при img16, где k0 – крутизна характеристики.

Эквивалентная схема МДП транзистора с индуцированным (наведенным) каналом n-типа (рис.1.13,а) содержит источник тока, управляемый напряжениями затвора и стока, а также емкости полупроводниковой структуры (рис.1.17,б).  







        Рис.1.13. МДП транзисторы с индуцированным каналом  n-типа (а – обозначение, б –  эквивалентная схема), р -типа (в) и встроенным каналом n-типа (г)

Наряду с рассмотренным МДП технология позволила создать широкий класс полевых транзисторов: с индуцированным каналом р-типа (рис.1.13,в), с технологически сформированными или встроенными каналами (рис.1.13,г) и других, обладающих различными параметрами.

С использованием черырехслойной структуры (рис.1.14,а) разработан полупроводниковый прибор – тиристор, позволяющий сохранить без затрат энергии управления одно из устойчивых состояний: открытое (проводящее) или закрытое (изолирующее).

Рис.1.14. Структура тиристора аа), его эквивалентная схема бб) и характеристики вв

Тиристоры применяют в качестве мощных коммутаторов (токи до 500 А и напряжения до 1000 В) в силовых преобразователях. Управляемый тиристор имеет внешние выводы катода (К), анода (А) и управляющего электрода (У).  

Для анализа процессов в тиристоре полупроводниковую структуру удобно представить как соединение транзисторов Т1  типа  n1p1n2  и Т2  типа p2 n2 p1 (рис.1.14,б). При положительном напряжении U на аноде транзисторы Т1 и Т2 находятся в активном режиме, т. к. переходы n1-p1 и n2-p2  смещены в прямом, а переход n2-p1 в обратном направлении.

Поданный в цепь управляющего электрода ток Iу усиливается транзистором Т1 и создает в цепи базы Т2  ток img17, который усиливается до значения img18. Процесс усиления тока в замкнутом контуре продолжается до состояния насыщения транзистора.

С помощью эквивалентной схемы можно получить уравнения, описывающие процесс перехода тиристора из закрытого в проводящее (насыщения) состояния при отсутствии тока управления Iу = 0 . Из соотношений для токов img19, где img20 - ток закрытого перехода, с учетом img21и img22несложно записать выражение анодного тока в виде img23. Скачкообразное увеличение тока будет наблюдаться при значениях коэффициентов передачи базовых токов (a1 + a2) @ 1.

Начальный этап нарастания напряжения (рис.1.14,в) проходит при значении тока близком к Iк0 и малых коэффициентах передачи a1 и a2, которые зависят от токов и напряжений переходов. При напряжении U = Uв, обеспечивающем выполнение условия (a1 + a2) @ 1, происходит лавинообразное увеличение тока, отраженное на характеристике отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.07 секунд 2,297,601 уникальных посетителей