МДП−транзисторы с индуцированным (сформированным с помощью электрического поля) каналом, как правило изготавливаются на подложке кремния n −типа проводимости, в которой создаются две сильнолегированные области p +−типа проводимости. Области p +−типа имеют омические контакты с электродами – истоком и стоком. Электрод затвора изолирован от подложки тонким слоем диэлектрика рис.2.4.10.
Транзистор со стороны электродов С и И представляет собой два встречно включённых p − n перехода и ток через него отсутствует. Если к затвору приложить отрицательное напряжение относительно подложки, соединённой с истоком, то в области подложки под затвором вначале образуется обеднённый слой вследствие выталкивания электронов. При дальнейшем увеличении отрицательного напряжения на затворе свободные дырки из подложки притягиваются в приповерхностный слой. При некотором отрицательном напряжении на затворе, называемом пороговым, концентрация дырок в приповерхностном слое становится больше концентрации электронов, происходит инверсия типа проводимости приповерхностного слоя. Образуется канал p −типа, соединяющий области p +−типа – сток и исток.
Рис. 2.4. 10. МДП−транзистор с индуцированным каналом p−типа
Если между стоком и истоком приложить отрицательное напряжение U си, то при наличии канала будет протекать ток, обусловленный движением дырок от истока к стоку. Для образования канала на затворе относительно подложки (истока) должно быть отрицательное напряжение | U зи|>| U ПОР|. При протекании тока стока потенциал канала, прилегающего к затвору, становится более отрицательным. При некотором напряжении U си< U ПОР потенциал канала становится равным U ПОР относительно затвора, канал у стока перекрывается. Ток стока при дальнейшем увеличении не возрастает – участок насыщения. При большем по абсолютной величине напряжении U зи ток насыщения увеличивается, а переход из линейного режима в режим насыщения тока происходит при больших напряжениях U си. На рис.2.4.11 приведено семейство стоковых характеристик транзистора с индуцированным каналом p −типа.
Рис. 2.4. 11. Стоковые характеристики МДП−транзистора с индуцированым каналом p−типа
Через транзистор протекает ток только в режиме обогащения, когда напряжение на затворе более отрицательное, чем U ПОР. Перегиб характеристик происходит, когда напряжение U си превышает по абсолютной величине | U зи|-| U ПОР|.
Вид канала для характерных точек ВАХ изображён на рис.2.4.12.
 
| 1.| U зи1|>| U ПОР|, | U си|<| U зи1|−| U ПОР| − линейный участок 2.| U зи1|>| U ПОР|,, | U си|≈| U зи1|−| U ПОР| − граничная точка 3.| U зи1|>| U ПОР|,, | U си|>| U зи1|−| U ПОР| − участок насыщения 4. | U зи2|>| U зи1|, | U си|<| U зи2|−| U ПОР| − линейный участок 5. | U зи2|>| U зи1, | U си|≈| U зи2|−| U ПОР| − граничная точка 6. | U зи2|>| U зи1, | U си|>| U зи2|−| U ПОР| − участок насыщения 7. | U зи|≤| U ПОР|, I c≈0 – канал отсутствует | ||
| Рис. 2.4. 12. Вид канала МДП−транзистора |
Если, например, пороговые напряжения транзистора с индуцированным каналом p−типа U ПОР=−5В, то при U зи=−7В переход от линейного участка к участку насыщения тока стока – перекрытие канала у стока – происходит при
U си= U зи− U ПОР=−7В−(−5В)=−2В,
так как у стока напряжение на затворе относительно канала равно пороговому:
U зс= U зи− U си=−7В−(−2В)=−5В= U ПОР.
Если же U зи=−10В, то напряжение перекрытия канала
U си=−10В−(−5В)=−5В.
Сток−затворная характеристика транзистора приведена на рис.2.4.13. Сток−затворная характеристика снимается при фиксированном напряжении U си. При увеличении напряжения на стоке (по модулю) сток−затворная характеристика идёт более круто, при уменьшении более полого, во всех случаях проходя через точку 7 – [ U зи= U ПОР; I с=0].
Рис. 2.4. 13. Сток−затворная характеристика МДП−транзистора с индуцированным каналом p −типа.
Зависимость тока стока от напряжений на затворе и стоке описывается выражением
(2.4.16)
Это выражение справедливо для МДП−транзисторов с индуцированным и встроенным каналом при достаточно малых напряжениях на стоке, когда эффект перекрытия канала проявляется слабо. Для транзисторов с встроенным каналом вместо U ПОР используется U ОТС. Коэффициент S уд измеряется в мА/В2 и называется удельной крутизной. Удельная крутизна прямо пропорциональна подвижности носителей в канале, ширине канала (поэтому мощные МДП−транзисторы с относительно большой шириной канала обладают большей крутизной), и обратно пропорциональна длине канала и толщине диэлектрика, изолирующего затвор. Последнее обстоятельство наряду с очень большим входным сопротивлением обуславливает необходимость применения специальных мер при хранении и пайке МДП−транзисторов, т.к. пробой тонкого слоя диэлектрика возможен при простом прикосновении к затвору.
Полагая в уравнении (2.4.16) U зи=const, получим аналитическое описание стоковых характеристик, а при U си=const – сток−затворных.
В области насыщения, когда | U си|≥| U зи− U пор| и канал перекрыт, ток стока слабо зависит от U си. Подставляя в (2.4.16) U си= U зи− U ПОР, получим выражение для стоковых характеристик в области насыщения и для сток−затворной характеристики:
(2.4.17)
В области насыщения сток−затворная характеристика имеет квадратичный характер (рис.2.4.13).
Крутизна МДП−транзистора определяется дифференцированием уравнения (2.4.17):
(2.4.18)
Из формулы (2.4.18) понятен физический смысл S уд: удельная крутизна – это крутизна транзистора при | U зи− U ПОР|=1В.
Дифференциальное выходное сопротивление стока получим, продифференцировав уравнение (2.4.17):
(2.4.19)
При увеличении U си и приближении его к U зи− U ПОР происходит перекрытие канала и R с резко возрастает, теоретически стремясь к бесконечности. Практически стоковые характеристики в области насыщения имеют конечный наклон, а сопротивление R с характеризуется внутренним сопротивлением Ri, определяемом аналогично r к биполярных транзисторов и Ri полевых транзисторов с p − n переходом (рис. 2.4.14).
Минимальное сопротивление стока достигается при U си=0, называется сопротивлением сток−исток или сопротивлением канала полевого транзистора в открытом состоянии:
(2.4.20)
По стоковым характеристикам R сиоткр можно определить через крутизну графика тока в начале координат (рис.2.4.14).
Рис. 2.4. 14. Определение R СИОТКР и Ri по стоковым характеристикам МДП −транзистора
Из формулы (2.4.20) видно, что для уменьшения сопротивления R СИОТКР необходимо увеличивать крутизну, т.е. задавать максимальное напряжение | U зи|. Типичное значение сопротивлений R сиоткр=10÷200 Ом, Ri =10÷100 кОм.
В таблице 2.4.1 приведены условные графические изображения МДП−транзисторов, вид стокзатворной характеристики и полярности рабочих напряжение на электродах.
Схема замещения МДП− транзистора в режиме малого сигнала аналогична эквивалентной схеме полевого транзистора с p − n переходом. Особенностью МДП −транзисторов является существенно большее по сравнению с другими полупроводниковыми приборами – по 1012−1015 Ом – входное сопротивление.
МДП −транзисторы с встроенным каналом применяются, как правило, в усилительных каскадах, а с индуцированным каналом – для построения аналоговых и цифровых ключей.
Таблица 2.4.1
| Тип канала МДП− транзистора | Сток− затворная характеристика | Полярности напряжений |
Встроенный канал n −типа
| 
| Напряжение на стоке положительное относительно истока, на подложке – отрицательное |
          
Встроенный канал p −типа
| 
| Напряжение на стоке отрицательное, на подложке – положительное |
Продолжение табл. 2.4.1
Индуцированный канал n −типа
| 
| Напряжение на стоке положительное, на затворе положительное относительно истока, на подложке – отрицательное |
Индуцированный канал p −типа
| 
| Напряжение на стоке и затворе отрицательное относительно истока, на подложке–положительное |