Исследование статических характеристик МДП-транзисторов

 

Цель работы

1 Изучить принципы функционирования МДП - транзисторов.

2 Ознакомиться с работой пакетa MicroCap.

 

4.1 Теоретические сведения

МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) - транзистор – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.

Существует две разновидности МДП-транзисторов: со встроенным и с индуцированным каналом.

Конструкция МДП - транзистора со встроенным каналом n-типа показана на рис. 4.1.

Рис. 4.1 МДП-транзистор со встроенным каналом

 

При подаче на затвор положительного напряжения, дырки из канала будут выталкиваться в подложку, а электроны вытягиваться из подложки в канал. Канал обогащается основными носителями заряда – электронами.

При подаче на затвор отрицательного напряжения электроны выталкиваются из канала в подложку, а дырки втягиваются из подложки в канал и ток стока уменьшается.

В таких транзисторах при U_зи = 0, если приложить напряжение между стоком и истоком (U_си > 0), протекает ток стока Iс нач, называемый начальным.

Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора со встроенным каналом n- типа I_c = f(U_си) показаны на рис. 4.2, а. Стоковые характеристики при U_зи > 0 располагаются выше исходной кривой при U_зи = 0.

Стоко-затворная характеристика транзистора со встроенным каналом n-типа I_c = f(U_зи) приведена на рис. 4.2, б.

а) б)

Рис.4.2 Статические характеристики МДП - транзистора со встроенным каналом: стоковые (а) и стоко-затворная (б)

 

Конструкция МДП - транзистора с индуцированным каналом n- типа показана на рис. 4.3.

 

Рис. 4.3 МДП – транзистор с индуцированным каналом

 

Канал здесь образуется (индуцируется) благодаря притоку электронов из полупроводниковой пластины (подложки) в случае приложения к затвору напряжения положительной полярности относительно истока. При отсутствии этого напряжения канала нет, между истоком и стоком n-типа расположен только кристалл р- типа и на одном из р-n- переходов получается обратное напряжение. Чем больше положительное напряжение затвора, тем больше проводимость канала и ток стока.

Стоковые (выходные) характеристики I_c=f(U_си) и стоко-затворная характеристика I_c = f(U_зи) полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа приведены на рис. 4.4, а; б. Отличие стоковых характеристик заключается в том, что управление током транзистора осуществляется напряжением полярности, совпадающей с полярностью напряжения U_си.

 

а) б)

Рис. 4.4 Статические характеристики МДП - транзистора с индуцированным каналом n-типа: стоковые (а) и стоко-затворная (б)

 

Условно-графическое обозначение МДП - транзисторов приведено на рис. 4.5.

 

Рис. 4.5 Условно-графические обозначения МДП - транзисторов: а − со встроенным каналом n- типа; б − со встроенным каналом р- типа; в − с выводом от подложки; г − с индуцированным каналом n- типа; д − с индуцированным каналом р- типа; е − с выводом от подложки

 

Параметры МДП - транзисторов аналогичны параметрам полевых транзисторов с рn- переходом.

4.2 Проведение компьютерного эксперимента

4.2.1 Запустить программу MicroCap.

4.2.2 Составить схему для снятия статических характеристик МДП транзистора с индуцированным каналом, аналогично показанной на рис. 4.6. В зависимости от номера бригады по указанию преподавателя использовать следующие транзисторы:

1 – 2N6762	4 – 2N6661
2 – 2N6660	5 – 2SK296
3 – 2N6568	6 – IRF024

Рис. 4.6 Схема для снятия статических характеристик МДП- транзистора с индуцированным каналом

 

4.2.3 Запустить анализ по постоянному току (DC Analysis), построить стоко - затворную характеристику транзистора, включенного по схеме ОИ.

Выбрать пункт меню «Анализ→Анализ по постоянному току». Установить в качестве первой переменной источник напряжения затвор-исток (на рис. 4.6 Vgs), закон изменения переменной – линейный (Linear). Установить в качестве второй переменной источник напряжения сток-исток (на рис. 4.6 Vds), закон изменения переменной – линейный (Linear), как показано на рис. 4.7. Установить автомасштабирование.

Задать в качестве выражения по оси Х – напряжение затвор-исток транзистора М1: Vgs(М1), а в качестве выражения по оси Y – ток стока Id(М1).

Рис. 4.7 Окно установок анализа по постоянному току для снятия сток - затворной статической характеристики

 

4.2.4 Запустить анализ по постоянному току (DC Analysis), построить стоковую характеристику транзистора, включенного по схеме ОИ.

Выбрать пункт меню «Анализ→Анализ по постоянному току». Установить в качестве первой переменной источник напряжения сток-исток (на рис. 4.6 Vds), закон изменения переменной – линейный (Linear). Установить в качестве второй переменной источник напряжения затвор-исток (на рис. 4.6 Vgs), закон изменения переменной – линейный (Linear), как показано на рис. 4.8. Установить автомасштабирование графиков.

Задать в качестве выражения по оси Х – напряжение сток-исток транзистора М1: Vds(М1), а в качестве выражения по оси Y – ток стока Id(М1).

 

Рис. 4.8 Окно установок анализа по постоянному току для снятия стоковой статической характеристики

 

4.2.5 Выбрать часть линейных участков статических характеристик МДП - транзистора, определить выходное сопротивление, крутизну характеристики и коэффициент усиления по напряжению.

4.3 Содержание отчета

- название и цель лабораторной работы;

- схема для снятия статических характеристик МДП –транзистора с индуцированным каналом;

- стоко-затворная и стоковая характеристики полевого транзистора, включенного по схеме с ОИ;

- рассчитанные значения выходного сопротивления, крутизны характеристики и коэффициента усиления по напряжению;

- краткие выводы по результатам работы.

4.4 Контрольные вопросы

1 В чем особенности работы МДП - транзисторов с индуцированным и встроенным каналом?

2 Объясните различия в виде статических характеристик этих транзисторов.

3 Какова роль подложки в МДП – транзисторах?

4 Приведите условно-графическое изображение различных типов МДП – транзисторов.

5 В чем отличие между МДП транзисторами с различными типами подложки?

Лабораторная работа 5