Маъруза: № Майдон транзисторлари

Маъруза: № 5. Майдон транзисторлари.
Режа:
1. p-n утиш билан бошқариладиган майдон транзисторлар.
2. МДП майдон транзисторлар.
3. Майдон транзисторларнинг тамгаланиши.

Майдон транзисторлари деб шундай яримўтказгич асбобга айтиладики, уларнинг ишлаш принципи фақат бир хил ишорали зарядлар (электрон ёки ковак) ҳаракатига асосланган бўлади. Зарядларнинг ҳаракат канали деб айтилувчи яримўтказгич қатламида содир бўлиб, унинг ўтказувчанлиги, яъни канал орқали ўтадиган ток қиймати каналнинг кўндаланг кесимига боғлиқ бўлади. Каналнинг кўндаланг кесими, яъни унинг ўтказувчанлигини бошқарувчи электрод – затвор билан исток деб аталувчи (шу электрод орқали зарядлар каналга киради). Электрод оралиғига қўйилган кучланишдан ҳосил бўладиган кўндаланг электр майдонига боғлиқ бўлади. Шу сабабли бу ярим ўтказгич асбоблар майдон транзисторлари деб аталади. Баъзан адабиётларда майдон транзисторлари униполяр транзисторлар деб аталади, чунки уларнинг ишлаш принципи фақат бир хил ишорали зарядлар ҳисобига асосланган бўлади. Майдон транзисторларнинг учинчи электроди сток бўлиб, каналдан чиқадиган зарядларни йиғади.

Майдон транзисторлари канални ҳосил қилиш усулига боғлиқ ҳолда иккига бўлинади:
P-n ўтиш билан бошқариладиган майдон транзисторлар.
Ажратилган затворли майдон транзисторлар (МДП ёки МОП транзисторлар).
Ҳамма майдон транзисторлар канал ўтказувчанлигига боғлиқ ҳолда p-хил каналли ёки n-хил каналлига бўлинадилар.
P-n ўтиш билан бошқариладиган майдон транзисторлар.
Бошқарувчи p-n ўтишли майдон транзистори 22 -расмда тасвирланган.

22-расм

Тасвирдаги майдон транзисторида канал иккита p-n ўтиш оралиғидаги n-хил ярим ўтказгич қатламдан иборатдир. Р-хил каналли майдон транзисторларнинг тузилиши ҳам -расмдагидек бўлади, фақатгина транзисторга уланадиган ташқи кучланиш манбаи қутблари билан фарқланадилар. n-хил каналли ва Р-хил каналли майдон транзисторларнинг шартли белгилари -расмда тасвирланган.

Майдон транзисторларда бошқариш хусусияти шу билан тушунтириладики, кучланиш Uзи ўзгариши натижасида p-n ўтишларнинг кенглиги ва демак, каналнинг кўндаланг кесими, электр ўтказувчанлиги, яъни сток токи Ic ўзгаради.
Энди p-n ўтиш билан бошқариладиган майдон транзисторларнинг Вольт-ампер тавсифларини кўрамиз (n-хил каналли учун).
Сток (чиқиш) тавсифи

деб, затвор потенциалининг берилган қийматида сток токи билан сток потенциали орасидаги боғланишга айтилади. Унинг график кўриниши -расмда тасвирланган.

23-расм

Сток тавсифларидан кўринадики, бир-биридан кескин фарқ қиладиган учта қисм (I, II, III) га бўлинади.
I қисмда сток кучланишининг ортиши натижасида сток токи Ic ортади, лекин шу билан бир вақтда каналнинг кесими камайиб, унинг қаршилиги ортиб боради ва стокдаги U_СИ = U_СИ(а) бўлганда канал сток томонидан ёпилиб, токнинг кейинги ўсишига тўсқинлик қилади, шунинг учун тавсифнинг II қисмида ток ўзгаришсиз қолади. Тавсифнинг III қисмида p-n ўтишнинг сток томонидан тешилишига ва сток-затвор занжир орқали токнинг кескин ортишига олиб келади. Кучланиши рухсат этилган қийматидан ошмаслиги керак.
Затвор потенциалининг ортиши канал қаршилигини оширганлиги сабабли, сток токи камая боради.
Сток-затвор тавсифи.

сток кучланишининг берилган қийматида сток токи Ic ва затвор кучланиши Uзи орасидаги боғланишни билдиради. Унинг график кўриниши -расмда кўрсатилган.

24-расм.

Сток-затвор тавсифдан кўринадики, затвор кучланиши Uзи=0 бўлганда, яъни канал кенглиги максимал бўлганда сток токи Ic энг катта қийматга эга бўлади. Затвордаги манфий кучланиш қиймати орта бориши билан p-n ўтиш кенглигини катталишишига ва канал кенглиги камайиб унинг қаршилиги кўпайиши натижасида сток токини камайишига сабаб бўлади. Затвордаги кучланиш унинг ёпилиш қиймати Uзиё га тенглашганида канал бутунлай ёпилиб, сток токи нолга тенг бўлади. Сток кучланишига боғлиқ ҳолда каналнинг затвор бўйича ёпилиш кучланиши турлича бўлиб, сток кучланишининг катта қийматига затвор кучланишининг ҳам шундай қиймати тўғри келади. Масалан, стокдаги кучланиш га тенг бўлганида затвордаги канални ёпиш кучланиши , бўлганида эса га тенг бўлиб, эканлиги -расмдан кўриниб турибди.
Майдон транзисторларнниг асосий параметрлари қуйидагилардир:
стокнинг максимал токи I_cmax , стокнинг максимал кучланиши Uмакс, кагални ёпувчи затвор кучланиш Uзиё, ички қаршилик r_i, кириш қаршилиги r_кир, сток-затвор тавсифлиги S ҳамда электродлар орасидаги сиғимлар C_ЗИ, С_ЗЕ, С_СИ.
p-n ўтиш билан бошқарилган транзисторларнинг сток токи қиймати 50 мА гача ва сток кучланиши 50 В гача бўлади. Уларнинг кириш қаршлиги r_кир=10⁸-10⁹ Ом оралиғида бўлади.

Ажратилган затворли майдон транзисторлар.

Бундай майдон транзисторлар металл-диэлектрик (оксид – SiO₂) – ярим ўтказгич тузилишига эга бўлиб, МДП ёки МОП транзисторлар деб аталадилар. МДП майдон транзисторлар икки турли – олдиндан ҳосил қилинган каналли ва ишлаш вақтида ҳосил бўладиган каналли бўладилар.
Олдиндан ҳосил қилинган каналли ажратиш затворли майдон транзисторларнинг тузилиши -расмда тавсирланган бўлиб, ундан кўринадики, p-хил кремний ярим ўтказгичида n-хил канал ҳосил қилинган. Затворга истокка нисбатан манфий ҳамда мусбат кучланиш бериш мумкин.

25-расм

Агар затворга манфий кучланиш берилса, затвор-исток оралиғида ҳосил бўладиган майдон электронларни n-хил ярим ўтказгичдан p-хил ярим ўтказгичга итариб чиқариб, уларнинг n-каналдаги концентрациясини ва демак, электр ўтказувчанлигини камайтиради. Шу сабабли Uзи<0 бўлгандаги сток тавсифи Uзи=0 бўлгандагига нисбатан пастда жойлашади ( -расм).

26-расм

Транзисторнинг канал ўтказувчанлиги камаядиган ишлаш режими камбағаллашган режим деб аталади.
Агар затворга мусбат кучланиш (Uзи>0) берилса, затвор-исток оралиғида ҳосил бўладиган майдон электронларни p-хил ярим ўтказгичдан n-канал тортиб, ундаги электронлар концентрациясини ва натижада электр ўтказувчанлигини оширади. Шунинг учун, Uзи>0 бўлганида сток токи кўпаяди (- расм). Бундай иш режими бойитилган режим дейилади.

27-расм

Демак, олдиндан ҳосил қилинган каналли ажратилган затворли майдон транзисторлар, p-n ўтиш билан бошқариладиган майдон транзисторлардан фарқли равишда, затворнинг манфий ва мусбат кучланишларида ишлаши мумкин экан ( -расм).
Ишлаш вақтида ҳосил бўладиган каналли ажратилган затворли майдон транзисторнинг тузилиши -расмда кўрсатилган бўлиб, бунда канал олдиндан ҳосил қилинмаган. Затворга мусбат нурланиш берилиши натижасида электронлар ярим ўтказгич (р-хил) сирти олдида йиғилиб, n-хил канал ҳосил қилинади.

28-расм

Бундай транзисторлар фақат бойитилган режимда ишлайдилар.
Ишлаш вақтида ҳосил бўладиган каналли ажратилган затворли майдон транзисторларнинг сток ва сток-затвор тавсифлари -расмда кўрсатилган.

29-расм

Тавсифлардан кўриниб турибдики, ишлаш вақтида ҳосил бўладиган каналли майдон транзисторларда, бошқа хил майдон транзисторлардан фарқли равишда, затвордаги кучланиш нолга тенг бўлганида сток токи ҳам нолга тенг бўлади.
МДП транзисторларда затвор ажратилиши ҳисобига унинг кириш қаршилиги ортиб, унинг қиймати 10¹²10¹⁴ Омга етади. Электродлар оралиғидаги сиғимлар камайиб, С_ЗИ  С_СИ  10 пф, С_ЭС  2 пфни ташкил этади.
МДП транзисторларнинг шартли белгилари -расмда тасвирланган.

Таянч сузлар: