Этот вид полевых транзисторов появился в связи с использованием в интегральной схемотехнике вместо кремния нового полупроводника – арсенида галлия, который позволяет в несколько раз увеличить быстродействие элементов информационной техники.
Высокое быстродействие арсенид-галлиевых элементов объясняется в десятки раз большей подвижностью электронов в этом полупроводнике, чем в кремнии. Кроме того, арсенид галлияимеет более широкую запрещенную зону, поэтому сделанная из него подложка служит хорошим изолирующим материалом. Однако арсенид галлия, в отличие от кремния, не образую прочных окислов, поэтому на нем не удается создать транзисторы с изолированным затвором, используя структуру «металл-окисел-полупроводник». Затвор таких транзисторов выполняют в виде перехода Шотки со структурой«металл-полупроводник». Поэтому такой транзистор называют «МЕП-т р а н з и с т о р» (металл-полупроводник), а также полевой транзистор с затвором Шотки (ПТШ).
Контактная разность потенциалов перехода Шотки создаёт под затвором обедненный слой (рис. 4.15, а), сечение которого можно изменять под действием разности потенциалов U зи.
Рис. 4.15
Если контактная разность потенциалов затвора U к перекрывает весь канал при U зи = 0, то МЕП-транзистор работает в режиме обогащения канала. Для создания проводящего канала и его расширения к затвору необходимо приложить положительное относительно истока напряжение, являющееся прямымдля перехода Шотки и, следовательно, сокращающим ширину (сечение) обедненного слоя (ср. рис. 4.15, би в ).
Увеличивать U зиможно лишь до значения, равного примерно 0,7 В, при котором переход Шотки откроется (подобно диоду) и через затвор может начать протекать опасный для транзистора-прямой ток. Стокозатворная характеристика такого МЕП-транзистора приведена на рис. 4.15, б. Если же при U зи = 0 имеется проводящий канал, то транзистор работает в режиме обеднения канала. Управляющее напряжение на затворе такого транзистора можно изменять от отрицательного напряжения отсечки U отс. (рис. 4.15, в) до положительного напряжения, при котором еще не наступит прямое смещение перехода Шотки, т. е. примерно 0,7 В.
МЕП-транзисторы с обеднением канала более технологичны и шире применяются в интегральной схемотехнике, несмотря на то, что для смещения исходной рабочей точки в точку U отс. требуются два источника электропитания.
Условное обозначение МЕП-транзистора совпадает с обозначением полевого транзистора с p-n -затвором (рис. 4.15, г).
4.6. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТВА
ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
У полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом изменение температуры приводит к изменениям контактной разности потенциалов на р-n-переходе, обратного тока через переход, а также подвижности основных носителей заряда. Так, например, при увеличении температуры контактная разность потенциалов U K уменьшается (на 2 мВ при изменении температуры на 1°С), ширина р-n-перехода также уменьшается, а напряжение отсечки увеличивается.
Сужение р-n-перехода приводит к расширению канала, но с ростом температуры подвижность основных носителей уменьшается, сопротивление канала увеличивается и ток стока падает. Таким образом, изменения контактной разности и подвижности основных носителей заряда в канале, происходящие под влиянием изменения температуры, оказывают противоположные влияния на изменения сопротивления канала и тока стока. При определенных условиях действие этих факторов может взаимно компенсироваться, и при некотором смещении на затворе ток стока не зависит от температуры (рис. 4.16).
Рис. 4.16
Точку на стокозатворных характеристиках полевого транзистора, в которой ток стока не зависит от температуры, называют термостабильной. Ток стока в термостабильной рабочей точке определяется приближенным соотношением:
(4.14)
На рис. 4.16 видно, что с ростом температуры напряжение отсечки полевого транзистора увеличивается, а ток стока и крутизна характеристики передачи уменьшаются. Уменьшение тока стока с увеличением температуры устраняет в полевых транзисторах явление самоперегрева, характерное для биполярных транзисторов, повышение температуры которых приводит к росту тока коллектора и еще большему разогреву коллекторного перехода, заканчивающегося тепловым пробоем.
В полевых транзисторах с управляющим р-n -переходом при увеличении температуры ток затвора, представляющий обратный ток р-n -перехода, увеличивается (примерно в два раза при повышении температуры на 10 °С). Увеличение тока затвора снижает входное сопротивление полевого транзистора постоянному току.
Температурная зависимость напряжения отсечки и порогового напряжения МДП-транзисторов определяется изменением уровня Ферми, изменением объемного заряда в обедненной подвижными носителями области р-n- перехода «канал - подложка» и температурной зависимостью величины заряда в диэлектрике, на которую влияет технология производства транзисторов. Температурный коэффициент нестабильности порогового напряжения МДП-транзисторов составляет 4,5…6 мВ/К, а в некоторых типах приборов может достигать значения до 10 мВ/К. Температурные изменения характеристик и параметров МДП-транзисторов больше, чем полевых транзисторов с управляющим р-n- переходом. Температурный коэффициент тока стока полевых транзисторов с управляющим р-n -переходом обычно не превышает 0,2 % на градус, что значительно лучше, чем биполярного.