Полевой транзистор

Полевой транзистор

Полевой транзистор – полупроводниковый прибор, канальный транзистор, в нем ток меняется под воздействием перпендикулярного току электрического поля, которое создается входным сигналом. Протекание в полевом транзисторе рабочего тока объясняется носителями заряда лишь одного знака (дырками или электронами), поэтому подобные приборы носят название униполярных (в отличие от биполярных). По механизму работы и физической структуре полевые транзисторы условно разделяются на две группы. Первую образуют полевые транзисторы с переходом металл – полупроводник или управляющим р-n-переходом, вторую – полевые транзисторы с управлением с помощью изолированного затвора, так называемые транзисторы МДП (металл – диэлектрик – полупроводник). В последних как диэлектрик применяют слоистые структуры. К полевым транзисторам с изолированным затвором можно отнести также полевые транзисторы с накоплением заряда в изолированном затворе (их используют как элементы электронной памяти) и полевые транзисторы с плавающим затвором. В полевых транзисторах в качестве полупроводника применяют, как правило, Si и GaAs, а в качестве металлов, которые образуют переход, – Al, Mo, Au. Полевые транзисторы изобретены в 50—70-гг. XX в. на базе работ американских ученых Д. Канга, У. Шокли, С. Мида, М. Аталлы и др.

В полевых транзисторах первой группы управляющим затвором является металлический или полупроводниковый электрод, который образует с полупроводником канальной области переход металл – полупроводник или р-n-переход. На затвор подается напряжение, которое уменьшает ток, протекающий от истока к стоку: при увеличении данного напряжения область пространственного заряда перехода (область, обедненная носителями заряда) продвигается в канальную область и снижает проводящее сечение канала. При некотором значении напряжения затвора, напряжении отсечки ток в приборе исчезает.

В полевых транзисторах с изолированным затвором управляющий металлический электрод отсоединен от канальной области с помощью тонкого слоя диэлектрика (0,05—0,20 мкм). Канал может быть или создан технологическим способом (встроенный канал), или произведен напряжением, которое подается на затвор в рабочем режиме (индуцированный канал). Прибор в зависимости от этого имеет соответствующую передаточную характеристику.

Полевые транзисторы широко используют в электронной аппаратуре для усиления электрических сигналов по напряжению и мощности. Полевые транзисторы – твердотельные аналоги электронных ламп, характеризующиеся сходной системой параметров – напряжением отсечки (0,5—20 В), крутизной характеристики (0,1—400 мА/В), входным сопротивлением по постоянному току (10¹¹—10¹⁶ Ом) и т. д.

Полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом имеют среди полупроводниковых приборов наиболее низкий уровень шумов (в основном тепловые шумы) в широкой области частот – от инфранизких до СВЧ (коэффициент шума самых хороших полевых транзисторов < 0,1 дБ на частоте 10 Гц и ~ 2 дБ на частоте 400 МГц). Мощность рассеяния полевых транзисторов данного типа может доходить до нескольких десятков ватт. Их основным недостатком является сравнительно высокая проходная емкость, которая требует устранения ее при значительном усилении. В полевых транзисторах с переходом металл – полупроводник достигнуты самые высокие рабочие частоты. Полевые транзисторы с изолированным затвором имеют высокое входное сопротивление по постоянному току (до 10¹⁶ Ом, что на 2—3 порядка выше, чем у остальных полевых транзисторов, и сопоставимо с входным сопротивлением лучших электрометрических ламп).

В области СВЧ уровень шумов и усиление у этих полевых транзисторов: динамический диапазон > 100 дБ, коэффициент шума на частоте 2 ГГц около 3,5 дБ и предельная частота усиления по мощности около 10 ГГц, но они лучше по параметрам помехоустойчивости и избирательности (из-за строгой квадратичности передаточной характеристики). Относительная простота производства и схемная специфичность построения дали возможность применять их в больших интегральных схемах устройств вычислительной техники.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.