Полевой транзистор

Определение "Полевой транзистор" в Большой Советской Энциклопедии

Полевые транзисторы (схематическое изображение)

Полевой транзистор, канальный транзистор, полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание в Полевой транзистор рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы называются униполярными (в отличие от биполярных). По физической структуре и механизму работы Полевой транзистор условно делят на 2 группы. Первую образуют Полевой транзистор с управляющим р—n-переходом (см. Электронно-дырочный переход) или переходом металл — полупроводник (т. н. барьером Шотки, см. Шотки эффект), вторую — Полевой транзистор с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т. н. транзисторы МДП (металл — диэлектрик — полупроводник). В последних в качестве диэлектрика используют окисел кремния (МОП-транзистор) или слоистые структуры, например SiO₂ — Al₂O₃ (МАОП-транзистор), SiO₂ — Si₃N₄ (МНОП-транзистор) и др. К Полевой транзистор с изолированным затвором относят также Полевой транзистор с т. н. плавающим затвором и Полевой транзистор с накоплением заряда в изолированном затворе (их применяют как элементы электронной памяти). В Полевой транзистор в качестве полупроводника используют в основном Si и GaAs, в качестве металлов, образующих переход, — Al, Mo, Au. Полевой транзистор созданы в 50—70-е гг. 20 в. на основе работ американских учёных У. Шокли, С. Мида, Д. Канга, М. Аталлы и др.

В Полевой транзистор 1-й группы (рис., а и б) управляющим электродом (затвором) служит полупроводниковый или металлический электрод, образующий с полупроводником канальной области р—n-переход или переход металл — полупроводник. На затвор подаётся напряжение, уменьшающее ток, который протекает от истока к стоку: при увеличении этого напряжения область пространственного заряда перехода (обеднённая носителями заряда) распространяется в канальную область и уменьшает проводящее сечение канала. При некотором значении напряжения затвора, т. н. напряжении отсечки U_oт, ток в приборе прекращается.

В Полевой транзистор с изолированным затвором (рис., б) управляющий металлический электрод отделен от канальной области тонким слоем диэлектрика (0,05—0,20 мкм). Канал может быть либо образован технологическим способом (встроенный канал), либо создан напряжением, подаваемым на затвор в рабочем режиме (индуцированный канал). В зависимости от этого прибор имеет передаточную характеристику соответственно вида I или II (см. рис., в).

  Полевой транзистор широко применяют в электронной аппаратуре для усиления электрических сигналов по мощности и напряжению. Полевой транзистор — твердотельные аналоги электронных ламп, они характеризуются аналогичной системой параметров — крутизной характеристики (0,1—400 ма/в), напряжением отсечки (0,5—20 в), входным сопротивлением по постоянному току (10¹¹—10¹⁶ ом) и т.д.

Полевой транзистор с управляющим р—n-переходом обладают наиболее низким среди полупроводниковых приборов уровнем шумов (являющихся в основном тепловыми шумами) в широком диапазоне частот — от инфранизких до СВЧ (коэффициент шума лучших Полевой транзистор < 0,1 дб на частоте 10 гц и ~ 2 дб на частоте 400 Мгц). Мощность рассеяния Полевой транзистор такого типа может достигать нескольких десятков вт. Их основной недостаток — относительно высокая проходная ёмкость, требующая нейтрализации её при большом усилении. В Полевой транзистор с переходом металл — полупроводник достигнуты наиболее высокие рабочие частоты (максимальная частота усиления по мощности лучших Полевой транзистор на арсениде галлия > 40 Ггц). Полевой транзистор с изолированным затвором обладают высоким входным сопротивлением по постоянному току (до 10¹⁶ ом, что на 2—3 порядка выше, чем у др. Полевой транзистор, и сравнимо с входным сопротивлением лучших электрометрических ламп). В области СВЧ усиление и уровень шумов у этих Полевой транзистор такие же, как и у биполярных транзисторов (предельная частота усиления по мощности около 10 Ггц, коэффициент шума на частоте 2 Ггц около 3,5 дб и динамический диапазон > 100 дб), однако они превосходят последние по параметрам избирательности и помехоустойчивости (благодаря строгой квадратичности передаточной характеристики). Относительная простота изготовления (по планарной технологии) и схемные особенности построения позволили использовать их в больших интегральных схемах (БИС) устройств вычислительной техники (например, созданы БИС, содержащие > 10 тыс. МДП-транзисторов в одном кристалле).

Лит.: Малин Б. В., Сонин М. С., Параметры и свойства полевых транзисторов, М., 1967; Полевые транзисторы, пер. с англ., М., 1971; Зи С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., М., 1973.
  В. К. Невежин, О. В. Сомов.

U₃ — напряжение затвора; Uoт — напряжение отсечки; ec — напряжение усиливаемого сигнала; Ез — напряжение начального смещения рабочей точки; Rн — сопротивление нагрузки; зачернены области металлических покрытий; стрелками (в канальной области) показано направление движения электронов." href="/a_pictures/19/23/201294660.jpg">U₃ — напряжение затвора; Uoт — напряжение отсечки; ec — напряжение усиливаемого сигнала; Ез — напряжение начального смещения рабочей точки; Rн — сопротивление нагрузки; зачернены области металлических покрытий; стрелками (в канальной области) показано направление движения электронов."http://uranium.atomistry.com/">U₃ — напряжение затвора; Uoт — напряжение отсечки; ec — напряжение усиливаемого сигнала; Ез — напряжение начального смещения рабочей точки; Rн — сопротивление нагрузки; зачернены области металлических покрытий; стрелками (в канальной области) показано направление движения электронов." src="a_pictures/19/23/th_201294660.jpg">
Схематическое изображение полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом (а), с управляющим переходом металл — полупроводник (б), с изолированным затвором (в) и их переходные характеристики: 1 — затвор; 2 — область канала; 3 — область пространственного заряда; 4 — исток; 5 — сток; 6 — диэлектрик; 7 — полупроводник с проводимостью р-типа; 8 — полупроводник с проводимостью n-типа; Ic — ток стока; Ec — постоянное напряжение источника тока в цепи стока; U₃ — напряжение затвора; Uoт — напряжение отсечки; ec — напряжение усиливаемого сигнала; Ез — напряжение начального смещения рабочей точки; Rн — сопротивление нагрузки; зачернены области металлических покрытий; стрелками (в канальной области) показано направление движения электронов.