Полевой транзистор – полупроводниковый прибор, в котором ток создают основные носители под действием продольного электрического поля. Управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, которое создается напряжением, приложенное к управляющему электроду (затвору). Этот прибор имеет высокий коэффициент усиления и высокое входное сопротивление.
Простейший полевой транзистор от mosfet составляет тонкую пластинку полупроводникового материала с одним p-n переходом в центральной части и с невыпрямляющими контактами по краям. Действие этого прибора основано на зависимости толщины p‑n перехода от приложенного к нему напряжения. Поскольку p-n переход (запорный слой) почти целиком лишен подвижных носителей заряда, его проводимость практически равна нулю. Таким образом, в пластинке полупроводника образуется токопроводящий канал, сечение которого зависит от толщины p‑n перехода (запорного слоя). Если включить источник питания, то через пластинку полупроводника между невыпрямляющими контактами потечет ток. Полупроводниковая область, от которой начинают движение основные носители, называется утечкой, а область, к которой они движутся через канал, — стоком.
Полупроводниковая область, используемая для управления величиной тока, который протекает через канал, называется затвором. К каждой из областей присоединяются выводы, носящие соответствующие названия (утечки, стока и затвора). Величина тока в канале зависит от сопротивления пластинки между стоком и утечкой, то есть от эффективной площади поперечного сечения канала.
Источник создает отрицательное напряжение на затворе, что приводит к увеличению толщины p-n перехода и уменьшению сечения канала.
С уменьшением сечения канала увеличивается сопротивление между истоком и стоком и снижается величина тока . Уменьшение напряжения на затворе вызывает уменьшение сопротивления канала и рост тока . Следовательно, ток, протекающий через канал, можно модулировать сигналами, положительными в отношении затвора.
Поскольку p-n переход затвора включен в обратном направлении, входное сопротивление прибора очень велико.
Отрицательное напряжение, приложенное к затвора (относительно истока), может вызвать такое расширение p‑n перехода, при котором токопроводящий канал окажется перекрытым. Это напряжение называется предельным (или напряжением отсечки).
К p — n переходу затвора приложено не только напряжение , но и напряжение, которое выделяется на распределенном сопротивлении канала и создано током, который протекает от утечки к стоку. Поэтому ширина p-n перехода в стоке увеличится, а эффективное сечение канала соответственно уменьшится.
Приборы данного типа называются полевыми (канальными) транзисторами с управляющим p‑n переходом. Работа этих транзисторов основана на модуляции эффективного сечения канала, что осуществляется изменением толщины запорного слоя обратно смещенного p‑n перехода.
В настоящее время широкое распространение получили полевые транзисторы с изолированным затвором, так называемые МДП‑транзисторы (металл — диэлектрик— полупроводник) или МОП‑транзисторы (металл — окисел — полупроводник).
В транзисторах с изолированным затвором модуляция проводимости канала осуществляется с помощью металлического электрода, отделенного от канала тонким слоем диэлектрика.
Основой прибора служит пластинка (подложка) из слаболегованого кремния с p‑проводимостью. Сток и утечка обладают n‑проводимостью. Между ними проходит узкая слаболегированная полоска кремния с n‑проводимостью (канал). Затвор выполняется в виде металлической пластинки, которая изолирована от канала слоем диэлектрика.
Канал может обедняться или обогащаться движущимися носителями заряда (электронами) путем прикладывания к затвору отрицательного или положительного напряжения (относительно утечки). При отрицательном напряжении на затворе электроны проводимости, “выталкиваются из области канала в объем полупроводника подложки. При подаче на затвор положительного напряжения происходит “втягивание” электронов проводимости из подложки в канал. Следовательно, изменение напряжения на затворе вызывает изменение проводимости канала (и, соответственно, тока, который протекает через этот канал).
При протекании тока через канал потенциал стока повышается. Это вызывает обеднение основными носителями (электронами) области канала, расположенной вблизи стока, что равносильно сужению эффективного сечения канала транзистора с управляющим p‑n переходом.
В такой способ в отличие от полевого транзистора с управляющим p‑n переходом транзистор с изолированным затвором может работать с нулевым, отрицательным или положительным смещением. Другим важным преимуществом полевых транзисторов с изолированным затвором является очень высокое входное сопротивление, обусловленное сопротивлением изолирующей прослойки между затвором и каналом.
Рассматриваемый полевой транзистор с изолированным затвором, в котором канал между стоком и утечкой получен технологическим путем, называется МДН‑транзистором со встроенным каналом.