-
Херсонський національний технічний університет
Кафедра загальної та прикладної ф³зики
Лабораторія фізики твердого тіла
Автори Омельяненко В.О., Степанчиков Д.М., Дворник О.В. (21.11.2005)
Л абораторна робота № 6-10 вивчення властивостей польового напівпровідникового транзистора
Мета роботи: експериментально зняти статичні характеристики польового напівпровідникового транзистора та визначити за ними його основні параметри.
Обладнання: лабораторна установка для зняття статичних характеристик польового транзистора.
Теоретичні відомості
Польовим транзистором називається трьохелектродний керований напівпровідниковий прилад або типу, в якому, на відміну від біполярного транзистора, керування вихідним струмом відбувається не вхідним струмом, а величиною вхідної напруги, подібно дії електровакуумного тріоду.
Полеві транзистори складаються з трьох електродів:
істок (І) – електрод, через який у провідний канал потрапляють носії заряду,
сток (С) – електрод, через який носії заряду виходять,
затвор (З) – електрод, на який подається керуюча напруга.
Завдяки прикладеній до цих електродів напруги, в польових транзисторах створюється провідний канал (К).
Польові транзистори, в залежності від засобу виготовлення та їх електричних властивостей, поділяються на декілька груп (рис. 1), основними з яких є:
з керуючим - переходом (рис. 1, А),
з ізольованим затвором і вбудованим провідним каналом – К (рис. 1, Б),
з ізольованим затвором і вбудованим індукованим каналом – К (рис. 1, В).
П ольовий транзистор з керованим
переходом (рис. 1) являє собою напівпровідникову пластину кремнію ( ) із провідністю -типу, на верхніх та нижніх гранях якого методом дифузії утворюються області із провідністю -типу. Ці області електрично поєднуються між собою, утворюючи єдиний електрод З. По торцям цієї пластини створюють омічні контакти, які утворюють два інших електроди І та С. До цих електродів підключається джерело живлення та зовнішній опір навантаження . Схема підключення польового транзистора наведена на рис. 2.
Область із провідністю -типу, яка розташована між областями -типу, зветься каналом К. Електрична ізоляція між К і З здійснюється за допомогою переходів, які включено на зустріч один одному.
У польовому транзисторі основні носії заряду (в даному випадку електрони) рухаються від І до С через канал К. Поперечний переріз каналу регулюється напругою на З. Для цього на З подається негативна (відносно І) напруга , яка зсуває переходи в зворотному напрямку. Регулюючи напругу можна змінювати ширину переходів і таким чином переріз провідного каналу К. Це в совою чергу призводить до зміни опору провідного каналу К та величини струму , який проходить через цей канал.
Польові транзистори з ізольованим затвором знаходять більш широке застосування завдяки кращим електричним властивостям та більш простій конструкції. В цих транзисторах між провідним каналом К та металічним затвором З знаходиться тонкий діелектричний шар (рис. 5, Б,В). Затвор З в цьому випадку являє собою тонку плівку алюмінію ( ), яку нанесено на поверхню високоякісного діелектрика. Такі польові транзистори отримали назву МДН- транзисторів (метал-діелектрик-напівпровідник). В МДН- транзисторах з ізольованим затвором З та вбудованим провідним каналом К у процесі виготовлення, між І і С створюється тонкий приповерхній шар з провідністю, аналогічною до провідності стоку С і джерела живлення . Тим самим створюється провідний канал К для проходження струму від С до І, навіть при відсутності напруги на затворі З.
Електричні властивості польових транзисторів визначаються їх статичними параметрами, найбільш важливими з яких є:
– крутизна стокової характеристики,
– внутрішній опір стоку.
Ц і параметри можна визначити за вихідними (стоковими) характеристиками:
при . На рис. 3 наведено сімейство типових вихідних характеристик польового транзистора та приклад визначення цих параметрів в робочій точці: та . В даному випадку крутизною стокової характеристики є зростання струму при зміні напруги на затворі на при умові ( ):
Внутрішній опір польового транзистора – це є відношення зміни напруги до зміни струму , при умові ( ), тобто:
Іншими важливими електричними параметрами польових транзисторів є граничні значення його струмів та напруг, які не можна перевищувати при експлуатації цих приладів. Основними такими параметрами є:
– максимальний струм стоку,
– максимальна напруга на затворі,
– максимальна напруга на стоці,
– максимальна потужність на стоці = ,
- максимальна температура навколишнього середовища.
Значення цих граничних параметрів знаходяться у довідниковій літературі відповідного для кожного типу транзисторів.