• 5

Тип диодного Включения

ПаелеВоВатемное втршдВтние

Напряжение првВия

Паразитное р-п-р действие

Низкое

Низкое

Высокое

Высокое

Высокое

Низкое («7В)

низкое (7В)

Высокое {>WB)

Высокое (>WB)

Низкое

Есть

Есть

Есть

Рис. 2-20. Сравнительная характеристика различных типов диодного включения п-р-п транзистора.

ЭТИХ ДИОДОВ имеет сопротивление пробоя, равное приблизительно ге (рис. 2-19).

Напряжение лавинного пробоя С/эб.пр перехода база - эмиттер имеет положительную температурную зависимость, находящуюся обычно в диапазоне от 2 до 5 мВ/°С. Поскольку температурные дрейфы прямого напряжения на диоде f/д и С/вб-пр оказываются противоположного знака, возможна частичная компенсация теплового дрейфа ла-

изоляция

эмиттер 1

База и. коллектор

Эмиттер Z

Рис. 2-21. Температурно-компенсированный лавинный .диод и его конструктивное испол-• - нение. "

винного пробойного диода путем последовательного соединения с ним диода в прямом смещении.

Результирующий составной диод имеет напряжение пробоя (С/д-Ь -f С/эб.пр) со значительно уменьшенным температурным коэффициентом. В монолитных схемах эта частичная компенсация может быть получена с минимальным увеличением площади прибора путем объединения двух транзисторов в диодном включении (2), как показано на рис. 2-21. Так как оба транзистора имеют теперь общие коллекторные и эмиттерные области, они могут конструироваться в виде единого транзистора с двумя отдельными эмиттерами, как показано на том же рисунке.

2-4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Принцип работы полевых транзисторов существенно отличен от биполярных. В случае полевого

транзистора перенос заряда или механизм проводимости в приборе определяется исключительно основными носителями. Поэтому термин униполярный транзистор вполне можно употреблять наряду с термином нолевой транзистор, чтобы отличить его от биполярного транзистора, в котором как основные, так и неосновные носители активно участвуют в процессах переноса зарядов.

Цель данного параграфа заключается в рассмотрении характерных черт и свойств интегральных полевых структур. Так как п-р-п биполярные транзисторы являются наиболее важными интегральными приборами для аналоговых схем, рассмотрение будет ограничиваться теми структурами транзисторов с полевым эффектом, которые наиболее совместимы с п-р-п биполярной технологией. Полевой транзистор - прибор, управляемый напряжением, так как ток между истоком и стоком регулируется или модулируется посредством напряжения, прикладываемого к выводу затвора. В зависимости от физической структуры области затвора полевые транзисторы можно разделить на две категории: приборы с управляющим р-п переходом и приборы с изолированным затвором.

Полевой транзистор с "правляющим р-п переходом

На рис. 2-22 показано сечение интегрального транзистора с капало 3

Подлвз/ска {обратный затдор)

Рис. 2-22. Структурная диаграмма полевого транзистора с управляющим р-п переходом и каналом п-типа.

ЛОМ п-типа. В приборе такого типа обратное смещение прикладывают к обедненному слою затвор - канал, модулируя эффективную толщину проводящей области между истоком и стоком. Если предположить, что канал п-типа равномерно легирован и что концентрация примеси в области затвора значительно выще, чем в канале, то толщина обедненного слоя затвор - канал будет связана с обратным смещё нием перехода следующим образом:

(2-33)

где d - толщина обедненного слоя, см; No - концентрация примеси в канале (число носителей/см); 8 - диэлектрическая постоянная кремния, ф/см; Usr - общее постоянное напряжение перехода затвор - канал, В.

Обратное смещение на переходе, которое вызывает смыкание обедненных слоев с обеих сторон канала, известно как напряжение отсечки U-a- Другими словами, при Us= Va толщина обедненного слоя, связанная с каждым затвором, точно равна половине ширины канала а. Из равенства (2-33) f/n можно записать как

(2-34)

Согласно схеме рис. 2-22 для низких значений потенциала стока омическое падение вдоль канала из-за тока /с пренебрежимо мало и полевой транзистор с управляющим переходом работает как управляемый напряжением резистор. В этом случае эффективное сопротивление R может быть выражено как

(2-35)

где jRo - объемное сопротивление канала при нулевой толщине обедненного слоя. Re можно выразить

через размеры канала и его удельное сопротивление:

2аг

(2-36)

где р - удельное сопротивление области канала; z - глубина канала, измеренная нормально к направлениям L и а.

При любом данном смещении затвора UsKUa, при увеличений напряжения стока возрастает ток стока, увеличивая таким образом и омическое падение вдоль канала. В любой точке вдоль канала это падение напряжения добавляется к смещению затвора на стыке затвор- канал, что приводит к дальнейшему распространению обедненного слоя в канал вблизи затвора. Следовательно, при напряжениях затвора, превосходящих напряжение отсечки, вблизи затвора в канале формируется область пространственного заряда. Наличие пространственного заряда приводит к тому, что /с стремится к насыщению и становится относительно нечувствительным к дальнейшему увеличению потенциала затвора. Это явление известно как режим перекрытия полевого транзистора, когда прибор функционирует как источник тока, управляемый напряжением. Для работы в режиме ниже тока насыщения [т. е. ([/ц-f/з)] вольт-амперная характеристика затвора может быть аппроксимирована как

2azU„ Г

(2-37)

На рис. 2-23 показана типичная зависимость /с от Uc для полевого транзистора с затвором на р-п переходе для разных значений смещения затвора Us. Равенство (2-37) соответствует области, находящейся слева от пунктирной линии, где напряжение затвора на переходе затвор - сток меньше напряжения

Рис. 2-23. Вольт-амперные характеристики типичного полевого транзистора с управ-• ляющим р-п переходом.

отсечки. Для более высоких значений напряжения затвора теория в первом приближении предсказывает общее насыщение /с. Однако в реальных приборах /с все же слегка увеличивается с возрастанием Uc, приводя таким образом к ненулевому значению величины динамической проводимости стока gc.

Этот эффект, происходящий благодаря модуляции эффективной длины канала L из-за увеличения толщины слоя пространственного заряда вблизи затвора, аналогичен эффекту модуляции ширины базы в биполярном транзисторе. Можно показать, что эта конечная проводимость может быть выражена как

„ die 2/со 1

где /со - величина тока насыщения /с {уравнение (2-37) для данного значения Us]; f/cs - постоянное смещение затвора на переходе сток - затвор: uc3=-Uc + Us.

Величину насыщения тока стока можно выразить, используя уравнение (2-37), положив Uc+u3=Un:

(2-38)

7 О-./з \3/2

(2-39)

КрутизнуТприбора St в режиме перекрытия можно найти из уравнения (2-37):

8.= -ц== К " • (2-40)