Принцип действия МДП транзистора с индуцированным каналом рассмотрим на примере МДП транзистора с индуцированным каналом n типа, включенного по схеме с общим истоком.
При UЗИ = 0 канал отсутствует, и не пути между стоком и истоком оказываются два встречно включенных p–n-перехода. Поэтому при наличии напряжения UСИ > 0 ток в цепи стока будет ничтожно мал.
Если подать на затвор отрицательное напряжение, то к приповерхностному слою притянутся дырки p-области подложки. При этом толщина p–n-переходов в области истока и стока возрастет, а проводимость электрического тока в цепи сток – исток ухудшится.
Если подавать на затвор положительное напряжение, то дырки, основные носители p-области, будут выталкиваться из приповерхностного слоя силовым воздействием положительного управляющего напряжения. Электроны, неосновные носители p-области, будут притягиваться к приповерхностному слою. По мере роста управляющего напряжения в приповерхностном слое концентрация дырок будет уменьшаться, а электронов – расти. Сначала в приповерхностном слое образуется обедненный слой, а затем при UЗИ = U0 концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и возникнет инверсия характера электропроводности, т.е. между истоком и стоком образуется единый проводящий канал с электронной электропроводностью. Сток, исток и канал окажутся изолированы от подложки p–n-переходом, смещенным в обратном направлении. С ростом управляющего напряжения UЗИ проводимость канала возрастает как за счет увеличения сечения канала, так и за счет увеличения концентрации носителей.
Напряжение на затворе UЗИ = U0, при котором индуцируется канал, называют пороговым напряжением.
Подложку транзисторов стараются делать с низкой концентрацией примесей, чтобы облегчить образование канала и увеличить напряжение пробоя переходов стока и истока.
В основном, принцип работы транзисторов с p- и n- каналами одинаков. Однако n-канальные транзисторы более быстродействующие, поскольку подвижность электронов выше подвижности дырок.
В МДП транзисторах так же, как и в полевых с управляющим p–n-переходом, наличие тока в канале приводит к появлению падения напряжения Ux, которое уменьшает разность потенциалов между затвором и каналом по направлению от истока к стоку
UЗП=UЗИ – Ux.
В результате сечение канала и концентрация носителей у стока окажутся минимальными, т.е. у стока образуется горловина канала.
При некотором напряжении UСП и токе IСП происходит перекрытие канала: канал вблизи стока становится настолько узким, что наступает динамическое равновесие, когда увеличение UСИ вызывает уменьшение ширины канала и повышение его сопротивления. В итоге ток IC мало меняется при дальнейшем увеличении напряжения UСИ.
Напряжение перекрытия UСП находится из условия
UЗИ – UСП = U0.
Наличие вывода подложки позволяет осуществить дополнительное управление током стока. В этом случае переход канал – подложка, включенный в обратном направлении, ведет себя как управляющий переход в транзисторах с p–n-переходом.
Семейство выходных характеристик
Семейство выходных характеристик IC=f(UСИ) при UЗИ=const во многом сходно с аналогичными характеристиками полевого транзистора с p–n-переходом. Отличие выходных характеристик МОП-транзисторов, в основном, заключается в следующем:
- С ростом напряжения UЗИ напряжение перекрытия UСП и ток IСП увеличиваются, т.е. характеристики сдвигаются в сторону больших токов.
- Ток стока прекращается при напряжениях на затворе, равных пороговому.
Управление током транзистора осуществляется напряжением одной полярности с напряжением UСИ , при этом IC = 0 если UЗИ = 0.
Семейство переходных характеристик
Семейство переходных характеристик IC= f (UЗИ) при UСИ=const получено аналогично переходным характеристикам полевого транзистора с управляющим p–n-переходом.
Основными характеристиками МДП транзистора с индуцированным каналом являются:
- выходное сопротивление, отражающее наклон выходных характеристик транзистора на пологом участке: ri = ∆UCИ / ∆IC при UЗИ=const;
- крутизна переходной характеристики транзистора, имеющая максимальное значение для выходных напряжений, соответствующих пологому участку характеристик: S = ∆IC / ∆UЗИ, при UСИ = const;
- статический коэффициент усиления µ = S ∙ ri.
