Вивчення роботи польового транзистора

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

Вивчення роботи польового транзистора

Мета роботи: ознайомитися з принципами роботи польового транзистора, побудувати стокові характеристики транзистора.

Короткі теоретичні відомості

У багатьох сучасних електронних пристроях використовують транзистори, струм носіїв яких тече по так званому каналу, утвореному всередині кремнієвого кристала. Цим струмом можна управляти, прикладаючи електричне поле. Такі прилади називаються польовими транзисторами (в англомовній літературі застосовують скорочення FET - Field Effected Transistor). В даний час ці транзистори грають важливу роль, будучи елементами інтегральних схем, які містять на одному кристалі від сотень тисяч до мільйонів напівпровідникових приладів. У свою чергу на базі таких інтегральних схем створюють комп'ютери, мікропроцесорні системи, пристрої обробки сигналів і ін
Існують три групи польових транзисторів: типу МОП (метал-оксид-напівпровідник), з керуючим p - n - переходом, з керуючим переходом метал-напівпровідник.
І
З
З
З
І
З
-
+
+
-
n
p
n
Рис. 1. Польовий транзистор з керуючим p - n - переходом і каналом p - типу:
а) - фізична структура, б) - умовне графічне позначення.
а)
б)
U СІ
U ЗИ

Розглянемо пристрій польового транзистора з керуючим p - n - переходом (див. рис.1).
Тонка пластинка напівпровідника (канал) оснащена двома омічними електродами (витік, стік). Між витоком і стоком розташований третій електрод - затвор. Напруга, прикладена між затвором і будь-яким з двох інших електродів, призводить до появи в подзатворного області каналу електричного поля. Вплив цього поля призводить до зміни кількості носіїв заряду в каналі поблизу затвора і змінює опір каналу.
Якщо канал польового транзистора - напівпровідник n - типу, то струм у ньому переноситься електронами, що входять в канал через витік, до якого в цьому випадку прикладається негативний потенціал, і виходить з каналу через стік. Якщо канал польового транзистора - напівпровідник p - типу, то до витоку прикладається позитивний потенціал, а до стоку - негативний. При будь-якому типі провідності каналу струм завжди переноситься носіями заряду тільки одного знаку: або електронами, або дірками, тому польові транзистори називають іноді уніполярними транзисторами.
Розрізняють два основних типи польових транзисторів. До першого типу відносять польові транзистори, в яких затвором служить p - n - перехід (польовий транзистор з керуючим pn-переходом) або бар'єр метал-напівпровідник (Шотткі бар'єр). Яку другого типу відносять польові транзистори, в яких металевий електрод затвора відділений від каналу шаром діелектрика, - польові транзистори з ізольованим затвором.
p
n +
n +
U C = 0
d
U З = 0
І
p
p
U C = U C нас <0
÷ U C ê <÷ U C нас ê
І
І
Відсічення
Насичення
U З> 0
U З> 0
Рис. 2. Поперечний розріз польового транзистора з керуючим pn-переходом при різних напругах.
Ідея, що лежить в основі роботи польового транзистора з затвором у вигляді p - n - переходу, висловлена ​​в 1952 р. У. Шоклі. Вона пояснюється на рис. 2. Під металевим електродом затвора польового транзистора сформований p - шар, так що між затвором і будь-яким з двох інших електродів польового транзистора існує p - n - перехід. Товщина каналу , За яким струм може протікати між витоком і стоком, залежить від напруги, прикладеного до затвору. Між витоком і затвором прикладається напруга , Що зміщують p - n - перехід в замикаючому напрямку. Тоді під затвором виникає збіднений шар, що має дуже високий опір. Чим більша напруга , Тим більше товщина збідненого шару. У межах збідненого шару струм практично текти не може. Тому збільшення відповідає звуження каналу, по якому протікає струм між витоком і стоком. Змінюючи напругу на затворі, можна керувати струмом в каналі. Чим більше , Тим товщі збіднений шар і тонше канал і, отже, тим більше його опір і тим менше струм в каналі. При досить великій величині збіднений шар під затвором може повністю перекрити канал. І струм в каналі звернеться в нуль. Відповідне напруга називається напругою відсічення. При подальшому зростанні напруги на затворі струм не змінюється.
При фіксованій напрузі на затворі U З = const струм I C зростає до тих пір, поки напруга стоку U C не досягне значення, вище якого струм I C залишається постійним. Фізично це означає, що канал переходить у режим відсічки. Чим більше значення , Тим менше позначається вплив зсуву, поданого на pn-перехід, і, як наслідок, тим товщі канал. Якщо , То канал перекривається в точці, розташованій перед стоком. Струм стоку залишається постійним, так як всі носії, інжектованих в провідну область, досягають стоку, не відчуваючи рекомбінації. Чим більше позитивний потенціал затвора щодо витоку, тим менше струм насичення. Справа в тому, що при цьому скорочується початкова товщина каналу, що призводить до зростання початкового опору.
У польовому транзисторі з ізольованим затвором між каналом польового транзистора і металевим електродом затвора розміщується тонкий шар діелектрика (рис. 3, 4). Тому такі польові транзистори називають МДП-транзисторами (метал-діелектрик-напівпровідник). Часто в МДП-транзисторі шаром діелектрика служить окисел на поверхні напівпровідника. У цьому випадку польовий транзистор називають МОП-транзистором (метал-окисел-напівпровідник). Перші МДП-транзистори з'явилися в
З
p
n +
n +
n
З
І
  SiO 2
а)
б)
Рис. 3. Структура МДП-транзистора з ізольованим затвором та вбудованим каналом n - типу: а) фізична структура, б) умовне графічне позначення.
З
З
І

середині 50-х років.
МДП-транзистори можуть бути як з нормально відкритим, так і з нормально закритим каналами. МДП-транзистор з нормально відкритим, вбудованим каналом зображений на рис. 3 на прикладі МДП-транзистора з каналом n - типу. Транзистор виконаний на підкладці p - типу. Зверху підкладки методами дифузії формуються провідний канал n - типу і дві глибокі -Області для створення омічних контактів у галузі витоку і стоку. Область затвора є конденсатором, в якому однією обкладкою служить металевий електрод затвора, а інший - канал польового транзистора, діелектриком є ​​тонкий (товщина 0,1 - 0,2 мкм) шар оксиду кремнію. Якщо при нульовій напрузі затвора докласти між стоком і витоком напругу, то через канал потече струм, який являє собою потік електронів. Через кристал струм не піде, тому що один з p - n - переходів знаходиться під зворотною напругою. При подачі на затвор напруги, негативного щодо витоку, а, отже, і щодо кристала, в каналі створюється поперечне електричне поле, під впливом якого електрони провідності виштовхуються з каналу в області стоку і витоку, а також в кристал. Канал збіднюється електронами, опір його збільшується і струм стоку зменшується. Чим більше негативна напруга затвора, тим менше цей струм. Такий режим роботи транзистора називають режимом збідніння.
Якщо ж на затвор подати позитивна напруга, то під дією поля, створеного цією напругою, з областей стоку і витоку, а також з кристала в канал приходитимуть електрони; провідність каналу при цьому збільшується і струм стоку зростає. Цей режим називають режимом збагачення.
МДП-транзистор з індукованим каналом зображений на рис. 4. З порівняння (рис. 3 та 4) видно, що цей транзистор відрізняється від МДП-транзистора з вбудованим каналом відсутністю n - шару під затвором. Якщо напруга на затворі відсутня , То в такому МДП-транзисторі відсутній і канал, а сам транзистор являє собою два послідовно включених p - n - переходу. При будь-якій полярності напруги між витоком і стоком один з цих p - n - переходів виявляється включеним у зворотному напрямку і струм в ланцюзі витік-стік практично дорівнює нулю.
З
p
n +
n +
  канал
З
І
  SiO 2
б)
Рис. 4. Структура МОП-транзистора з ізольованим затвором і індукованим каналом n - типу: а) фізична структура, б) умовне графічне позначення.
З
З
І
+ U ЗИ
-U СІ

Якщо підключити до затвору напруга , В такій полярності, як показано на рис. 4, то поле під затвором буде відтісняти дірки і притягати у подзатворного область електрони. При досить великій напрузі , Званому напругою відмикання (одиниці вольт), в приповерхневому шарі концентрація електронів настільки збільшиться, що перевищить концентрацію дірок, станеться так звана інверсія типу провідності: поблизу затвора утворюється тонкий шар n - типу. Між витоком і стоком виникає провідний канал. При подальшому збільшенні зростає концентрація електронів в каналі і опір його зменшується.
Основними достоїнствами польових транзисторів є: високий вхідний опір, великий динамічний діапазон (верхня межа по частоті досягає 80 МГц), висока стабільність і мала чутливість до радіаційного випромінювання.

Виконання роботи

  m А
GB1
-
+
K

V

R
+
-
12 В
Рис. 5. Схема для дослідження стокових характеристик польового транзистора.

Опис експериментальної установки.
Для отримання характеристик польового транзистора типу КП302 схему (рис. 5) підключити до джерела постійного струму (12 В). Стоковий характеристику (залежність струму стоку від напруги між витоком і стоком) отримують при фіксованій напрузі на затворі. Зі збільшенням напруги струм стоку спочатку зростає, а потім це наростання сповільнюється. Явище, що нагадує насичення, пояснюється тим, що зі збільшенням напруги на стоці одночасно підвищується зворотна напруга на p - n - переході і канал звужується (його опір зростає). Напруга на затворі встановлюється за допомогою ключа К.
Порядок проведення вимірювань і обробки результатів
1) Підключити до джерела живлення ВС 4-12 схему, подану на рис. 5.
2) Перемикач вихідної напруги джерела живлення ВС 4-12 встановити в положення «12 В».
3) Подати на затвор з допомогою ключа К напруга 1 - 1,5 В. Збільшуючи напруга від 0 до 12 В, за допомогою обертання ручки потенціометра R, зняти стоковий характеристику транзистора. Для цього необхідно змінювати напругу на стоці ступінчасте з кроком в 1 В і при цьому записувати в таблицю відповідні кожному кроці значення струму за показаннями мікроамперметра.
4) Зняти стоковий характеристику транзистора при напрузі на затворі = 0 В (тобто повторити вимірювання пункту 3, але при розімкнутому ключі К).
5) Занести всі вимірювання в таблицю. Побудувати стокові характеристики, тобто залежність між струмом і напругою при двох різних напругах на затворі.
Таблиця
= 1 В
= 0
, У
, МА
, У
, МА
1
2
...
Контрольні питання
1. Що спільного у польового транзистора з біполярним транзистором, електронної лампою?
2. Опишіть пристрій польового транзистора з керуючим p - n - переходом.
3. Чим визначається товщина каналу в польовому транзисторі з управляючим p - n - переходом.
4. Поясніть причину насичення в стокової характеристиці польового транзистора.
5. Як залежить вигляд стокової характеристики від напруги на затворі?
6. У чому відмінність польових транзисторів з ізольованим затвором? Що фізично означає ізольований затвор?
7. Опишіть будову та роботу польового транзистора з вбудованим каналом.
8. Опишіть будову та роботу транзистора з індукованим каналом.
9. Як виникає інверсія типу провідності?
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Лабораторна робота
43.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Розрахунок електричних параметрів і характеристик польового транзистора з керуючим р n переходом
Розрахунок електричних параметрів і характеристик польового транзистора з керуючим р-n-переходом
Трава хвоща польового
Метод проведення польового досвіду
Вивчення системи роботи вчителя
Практикум Вивчення роботи в мережі Інтернет
Вивчення та оцінка роботи ВАТ Молоко
Вивчення витрат робочого часу на електромонтажні роботи
Методичні проблеми вивчення алгоритмів роботи з величинами
© Усі права захищені
написати до нас