Полево́й (униполя́рный) транзи́стор — полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением.
Полевые транзисторы структуры МОП
Основой полевого транзистора структуры МОП является подложка — монокристалл кремния с относительно небольшой дырочной (Si-p) или электронной (Si-n) электропроводимостью. На одной из сторон подложки технологически формируют тонкий слой диэлектрика с высоким удельным сопротивлением, обычно двуокиси кремния, толщиной 0,2..0,3 мкм. На часть внешней поверхности диэлектрика осаждают слой алюминия — этот электрод называют затвором транзистора.
Такую структуру характеризуют аббревиатурой МОП: металл-окисел— полупроводник (в литературе можно встретить также более общую аббревиатуру МДП: металл—диэлектрик— полупроводник). У некоторых транзисторов МОП — два затвора. Такие транзисторы называют иногда МОП-тетродами.
В подложке непосредственно под диэлектриком формируют канал — область, электропроводность которой противоположна по знаку и больше по значению, чем остальной объем подложки. Канал с электронной проводимостью называют для краткости n-каналом, а с дырочной — р-каналом. Различают каналы встроенные — сформированные в процессе производства транзисторов — и индуцируемые. Концы канала обладают большей удельной электропроводностью, образуя электроды исток и сток транзисторов. Электроды принято обозначать буквами: подложка — П, исток — И, сток — С, затвор — З. Носители движутся в канале от истока к стоку.
Полевые транзисторы малой мощности выпускают в металлостеклянных (или пластиковых) корпусах с гибкими выводами, а мощные — в металлокерамических (или также в пластиковых) корпусах с возможностью крепления к теплоотводу. В некоторых типах полевых транзисторов подложка имеет отдельный вывод, в остальных — её соединяют с истоком или корпусом.
Последовательную цепь, состоящую из источника питания и нагрузки, чаще всего подключают к истоку и стоку транзистора, а управляющее напряжение подают между затвором и истоком Такое включение транзистора называют включением с общим истоком (ОИ). Применяют также включение с общим стоком (ОС) — нагрузка соединена с истоком. Такое включение называют истоковым повторителем, подобно эмиттерному повторителю. Наибольшее распространение имеет включение с общим истоком, поскольку оно позволяет получить наибольшее усиление сигнала по мощности.
Маломощные транзисторы МОП применяют для усиления слабых сигналов. Подобно ламповым, усилители ни транзисторах МОП имеют высокое входное сопротивление. Мощные МОП транзисторы используют в передатчиках и выходных усилителях мощности ЗЧ. В режиме малых значений напряжения эти транзисторы применяют в качестве управляемых линейных резисторов.
Встроенный n-канал транзисторов (серии КП305, КП313) создают при их изготовлении введением в часть объема подложки под диэлектриком донорной примеси. Между каналом и остальным объемом подложки образуется p-n переход.
При наличии между стоком и истоком постоянного напряжения Uзи (плюсом к стоку) электроны в канале начинают перемешаться. Этот ток называют током стока Iс. Если теперь между затвором и истоком приложить постоянное напряжение Uзи, то в диэлектрике возникнет электрическое ноле, изменяющее ширину и электропроводность канала. В результате будет изменяться и ток стока. Электропроводность канала и ток стока увеличиваются при уменьшении отрицательного напряжения на затворе до нуля и далее при увеличении положительного напряжения. Увеличение электропроводности канала называют обогащением канала, а уменьшение — обеднением.
В транзисторе МОП с двумя затворами (КП306, КП350) каждый из них влияет на ток стока независимо от другого Такие транзисторы применяют в смесителях супергетеродинных приемников, модуляторах, устройствах АРУ и др.
В транзисторах с индуцируемым каналом в отсутствие напряжения на затворе канала нет — вся подложка (кроме истоки и стока) имеет однородную электропроводность.
У транзистора с подложкой из кремния Si-p (КГ1901, КП904) на стоке, как у транзистора со встроенным каналом, должно быть положительное по отношению к истоку напряжение. Если и на затворе напряжение будет положительным, в диэлектрике возникнет электрическое поле, в прилегающей к диэлектрику области подложки будут индуцироваться электроны, тип проводимости подложки в этой области начнет изменяться с дырочного на электронный — будет формироваться n-канал и начнется перемещение электронов от истока к стоку. При увеличении напряжения Uзи канал будет расширяться, а его электропроводность и ток стока увеличиваться.
В транзисторе с подложкой из кремния Si-n (КП301, КП304) процессы протекают аналогично, если на стоке напряжение отрицательно. Канал р-типа индуцируется при отрицательном напряжении на затворе, а ток стока определяет перемещение дырок
Транзисторы структуры МОП с индуцируемым каналом работают в режиме обогащения; при некотором пороговом напряжении Uзи.пор ток стока практически прекращается Следовательно, транзистор работает в линейном режиме только при условии, что на его затвор подано постоянное напряжение смещения.
На схемах структурные разновидности транзисторов МОП изображают пo-разному, однако у всех вариантов есть общий элемент: затвор и подложка гальванически разобщены. Это хорошо согласуется с другим, также часто применяемым названием приборов рассматриваемой группы — полевые транзисторы с изолированным затвором.
Необходимо отметить, что тонкий слой диэлектрика на подложке имеет очень малую электрическую прочность. Поэтому транзисторы структуры МОП надо оберегать от наводок и статического электричества. При хранении и транспортировке выводы транзисторов должны быть замкнуты между собой, а монтаж следует вести низковольтным паяльником с «заземленным» жалом.