Методичка Изучение стат. характеристик полевых транзисторов
advertisement
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Пермский государственный университет” Кафедра экспериментальной физики ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Изучение статических характеристик полевых транзисторов Методические указания к выполнению лабораторной работы Пермь 2008 2 Составители: доц. А. С. Ажеганов, доц. И. Л. Вольхин, доц. Н. Н. Коротаев УДК 621.38 Твердотельная электроника. Изучение статических характеристик полевых транзисторов: метод. указ. к выполнению лаб. раб. / сост. А.С. Ажеганов, И.Л. Вольхин, Н.Н.Коротаев; Перм. гос. ун-т. – Пермь, 2008. –19 с. В пособии рассмотрено устройство и принцип действия, приведены статические характеристики полевых транзисторов, даны рекомендации по выполнению лабораторной работы. Издание соответствует программе курса «Твердотельная электроника». Предназначено для студентов физического факультета специальности «Радиофизика и электроника». Ил.11 Библиогр. 6 назв. Печатается по постановлению методической комиссии физического факультета Пермского государственного университета в рамках национального образовательного проекта 3 ВВЕДЕНИЕ Основными элементами, применяемыми для усиления мощности электрических сигналов, являются транзисторы. Они выпускаются в виде отдельных элементов или входят в состав интегральных микросхем. Транзисторы можно разделить на два класса – биполярные и униполярные (полевые). В работе биполярных транзисторов принимают участие как положительные, так и отрицательные носители заряда, отсюда и термин “биполярный”. В униполярных транзисторах ток обусловлен только свободными основными носителями в проводящем канале и влияние малого количества неосновных носителей несущественно, отсюда и термин “униполярный”. Полевые транзисторы бывают двух видов: с управляющим р–n-переходом и с изолированным затвором. В настоящем пособии будут рассмотрены полевые транзисторы малой мощности с управляющим р–n-переходом. В полевом транзисторе с управляющим p–n-переходом используется два типа электрических контактов: выпрямляющие и омические. Для понимания принципа действия полевого транзистора необходим базовый уровень знаний по этим вопросам. В кратком виде основные вопросы теории p–n-перехода описаны в методических указаниях: “Изучение статических характеристик полупроводниковых приборов”, а более подробно в учебниках [1-3] рекомендательного списка литературы. Можно использовать конспекты лекций по курсу “Твердотельная электроника”. Краткие основы теории омических контактов приведены в следующей главе. Более подробно они изложены в [4]. 1. ОМИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ С помощью омических невыпрямляющих контактов происходит электрическое соединение полупроводников с металлическими проводниками. От качества этих контактов в значительной степени зависят параметры и характеристики приборов, а также их надежность и срок службы. Основные требования комическим контактам: 1) при прямом смещении они должны обеспечивать инжекцию основных носителей в полупроводник; 2) при обратном смещении препятствовать инжекции неосновных носителей в полупроводник; 3) иметь минимальное электрическое сопротивление; 4) иметь линейную вольтамперную характеристику (ВАХ). Эти условия выполняются при правильном подборе пары металл – полупроводник. Зонная диаграмма контакта металл - полупроводник n-типа приведена на рис. 1. Для этой пары должно выполняться со- 4 переход металл – полупроводполупроводник ник n-типа металл Рм <Рn W=0 Eк Рм Рс Рn InE InD Wc WF W dм dn = q Wv Рис. 1. Зонная диаграмма омического контакта металл – полупроводник n - типа в состоянии термодинамического равновесия отношение Рм<Рn, где Рм – термодинамическая (внутренняя) работа выхода электрона из металла, а Рn – из полупроводника n-типа. В такой паре энергия электронов в металле больше, чем в полупроводнике, и при установлении термодинамического равновесия часть электронов из металла перетекает в полупроводник. Уровень Ферми WF в металле и полупроводнике выравнивается. Вблизи металлургической границы со стороны металла возникает тонкий слой dм, обедненный электронами (т.е. заряженный положительно), а со стороны полупроводника – слой dn, обогащенный электронами. Контактное электрическое поле Ек направлено из металла в полупроводник. Оно приводит к изгибу уровней энергии дна зоны проводимости Wc и верха валентной зоны Wc в области dn. Однако напряженность контактного поля на несколько порядков меньше внутриатомной, поэтому ширина запрещенной зоны W и энергия сродства к электрону Рс остаются постоянными. Поле Ек способствует электрическому дрейфу основных носителей электронов из полупроводника в металл и препятствует дрейфу неосновных носи- 5 телей дырок. В состоянии термодинамического равновесия дрейфовая InE и диффузионная InD, составляющие электронного тока через металлургическую границу, уравновешивают друг друга. Большая концентрация электронов в области контакта обеспечивает его высокую проводимость при любой полярности внешнего смещения. Потенциальный барьер = q препятствует инжекции неосновных носителей – дырок. Зонная диаграмма полупроводника n - типа с двумя омическими контактами при внешнем смещении приведена на рис.2. Проводимость металлов на несколько порядков больше проводимости полупроводнипрямосмещенный омический контакт металл Eк обратносмещенный омический контакт полупроводник n-типа металл Eк Еп Wc WF − U + W dобр Wv dпр барьер для дырок Рис. 2. Зонная диаграмма полупроводника n-типа с двумя омическими контактами при внешнем смещении ков, поэтому практически все напряжение U будет приложено к полупроводнику n - типа, потенциал вдоль него изменяется линейно, также изменяется энергия электронов, и уровень Ферми имеет наклон. Левый омический контакт оказывается прямосмещенным, его толщина dпр становится меньше dn, и через небольшой горбик электроны из метал- 6 ла инжектируются в полупроводник n-типа, затем они скатываются вниз по наклону дна зоны проводимости, достигают обогащенной электронами зоны правого обратносмещенного контакта и через металлургическую границу попадают (стекают) в правый металлический контакт, откуда уходят во внешнюю цепь. Дырки из правого контакта не могут преодолеть потенциальный барьер и инжектироваться в полупроводник. Неосновные носители практически не участвуют в проводимости полупроводника. Зонная диаграмма контакта металл – полупроводник р-типа в состоянии термодинамического равновесия приведена на рис.3. Для переход металл – полупроводполупроводник ник р-типа металл Рм >Рр W=0 Рм Рn Eк Рс = q dм Wc W dр WF IрD IрE Wv Рис. 3. Зонная диаграмма омического контакта металл – полупроводник р- типа в состоянии термодинамического равновесия этой пары должно соблюдаться условие Рм >Рр, тогда при установлении термодинамического равновесия Eк направлено из полупроводника в металл, вблизи металлургической границы возникает обогащенная дырками область, а неосновные носители – электроны находятся в по- 7 тенциальной яме глубиной = q и не могут инжектироваться в металл. Изготовление омических контактов связано с большими трудностями. Концентрация дефектов и примесей на поверхности полупроводников существенно выше, чем в глубине монокристалла. На поверхности образуются обедненные основными носителями области и слои с инверсным типом проводимости, что существенно ухудшает свойства омических контактов. Для устранения этих недостатков создаются омические М–n+–n или М–р+–р контакты. Зонная диаграмма контакта М–n+–n в состоянии термодинамического равновесия приведена на рис.4. В связи с тем что металл контактирует с вырожденным металл вырожденный полупроводник n+ низколегированный полупроводник n Wc WF Wv Рис.4. Зонная диаграмма омического контакта М–n+–n в состоянии термодинамического равновесия полупроводником n+-типа, поверхностные дефекты не оказывают существенного влияния на качество контакта, а граница раздела вырожденный полупроводник n+ – низколегированный полупроводник nтипа находится в глубине монокристалла, где концентрация примесей и дефектов меньше, чем на поверхности. Аналогично изготавливают контакт М–р+–р. 8 2. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА Полевой транзистор (ПТ) с управляющим р–n-переходом имеет низколегированный проводящий канал с двумя омическими переходами (контактами). С одного из них – истока в канал – инжектируются основные носители (монополярная инжекция), с другого – стока носители заряда – выходят во внешнюю электрическую цепь. Для протекания тока по каналу между истоком и стоком необходимо за счет внешнего источника питания создать разность потенциалов Uис. Канал имеет длину а в направлении протекания тока и соответственно ширину b в направлении, перпендикулярном току. Перпендикулярно направлению тока изготавливается один или два управляющих р–n-перехода (затвора). Затвор всегда высоколегирован и имеет проводимость противоположного типа по сравнению с типом проводимости канала. Каждый затвор имеет омический переход (контакт). Потенциал затвора относительно истока может быть нулевым (затвор соединен с истоком) или обратно смещающим управляющий р–n-переход (для этого между затвором и истоком включается источник питания Uз). Полевые транзисторы могут отличаться типом проводимости канала. Изготавливаются транзисторы с каналом n-или р–типа. На рис.5 приведены структуры ПТ с одним (рис.5,а) и двумя затворами (рис.5,б) и условные обозначения ПТ с управляющим p–n-переходом и каналом n-типа исток +Uс 0 сток SiO2 Al n - канал n+ исток затвор 1 сток +Uс 0 -Uз1 Al SiO2 p+ n+ n - канал Si p - типа Al -Uз Si p - типа затвор Al с с з и в) затвор 2 б) а) з -Uз2 и г) Рис.5. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом: а) однозатвоные; б) двузхатворные. Условное обозначение полевого транзистора с каналом: в) n-типа; г) p-типа 9 (рис.5,в) и p-типа (рис.5,г). Для управления током стока Iс необходимо изменять проводимость канала, изменяя его ширину. На рис.6 приведена схема двухзатворного полевого транзистора с каналом n-типа, а на рис.7 – зонная полупроводник полупроводник n - типа р+ - типа р-n - переход (диэлектрик) затвор Iс исток Uзи а) движение электронов канал сток Uси U Uк2(х) Ucи2 Uк1(х) Ucи1 б) Uзк(х1)<0 Uзи0=0 x1 x Uзи1<Uзи0 Рис.6. Полевой транзистора с р-n - переходом: а) схематическое изображение; б) распределение потенциала вдоль канала диаграмма в сечении х1. Из рис.7 видно, что ширина канала h = l − 2dn, где l – расстояние между двумя областями затвора, а dn – толщина р-n перехода в канале. Для перекрытия канала используют свойство обратносмещенного р-n - перехода изменять толщину dn под действием 10 обратносмещенный обратносмещенный p–n-переход p–n-переход затвор р+ затвор р+ канал n - типа типа типа + ΔUзс(х1) − dn h dn l Рис. 7. Зонная диаграмма двухзатворного полевого транзистора в сечении x1 разности потенциалов Uзк(х): d n ( x) 2(0 U зк ( x)) 0 1 q ; N d здесь φ0 – контактная разность потенциалов, Uзк(х) – напряжение на управляющем р-n - переходе в сечении х, ε – относительная диэлектрическая проницаемость, ε0 – диэлектрическая постоянная, q – элементарный заряд, а Nd – концентрация донорных примесей в канале n типа. Концентрация акцепторных примесей Na в высоколегированном затворе р+-типа много больше концентрации донорных примесей, поэтому р–n-переход в основном располагается со стороны канала. Малая толщина обедненной области в затворе dP 2(0 U зк ) 0 1 q позволяет использовать тонкие заN a творы. Управляющий р-n - переход, обратносмещенный напряжением Uзк(х) = Uк(х) − Uзи, образует обедненный носителями слой, который 11 распространяясь в проводящий канал, эффективно ограничивает его ширину (рис.6). Если напряжение на стоке невелико Ucи1<Uc нас, где Uc нас – напряжение, при котором канал перекрыт у стока, то распределение Uк1(х) можно в первом приближении считать линейным (толстая наклонная линия на рис.6). Предположим, что Uзк=0 (толстая горизонтальная линия на рис.6), тогда разность потенциалов Uзк(х) изменяется линейно, увеличиваясь от нуля в области истока до Ucи1 в районе стока. Самое узкое место канала расположено не точно на стоке, а вблизи него в сечении х1, это связано с геометрией затворов и краевыми эффектами вблизи электрода стока. Увеличивая напряжение на стоке до Uc нас, можно перекрыть канал вблизи стока. При этом сопротивление канала rк(х) будет изменяться вдоль х, достигая максимального значения в сечении х1. Распределение потенциала Uк2(х) будет изменяться нелинейно (штриховая наклонная линия на рис.6). Максимальная напряженность продольного (вдоль оси х канала) электрического поля будет сосредоточена в самой узкой части канала. За счет электрического дрейфа электроны преодолеют перекрытую часть канала и достигнут стока. При дальнейшем увеличении напряжения на стоке перекрытая часть канала распространяется в сторону истока. Сопротивление канала rк увеличивается почти пропорционально увеличению Ucи, и ток Iс изменяется слабо. Увеличение напряжения стока до Uc проб приводит к лавинному пробою обратносмещенного p–n-перехода затвор – канал в районе стока. Этот пробой является обратимым, если не произойдет теплового разрушения транзистора. Более эффективно проводимостью канала можно управлять, изменяя напряжение на затворе с уменьшением Uзи1<Uзи0 (штриховая горизонтальная линия на рис.6) изменяется разность потенциалов Uзк и соответственно ширина канала вдоль всего канала, при этом ток стока Iс уменьшается вначале пропорционально уменьшению Uзи, а затем при напряжении Uзи,< Uотс (напряжения отсечки) уменьшается почти до нуля. Токи, текущие через обратносмещенные затворы, на несколько порядков меньше тока стока, а напряжения на затворе по абсолютной величине меньше или порядка напряжения на стоке, поэтому управлять током стока путем изменения напряжения на затворе энергетически выгоднее, чем изменением напряжения на стоке. Входным сопротивлением полевого транзистора в схемах с общим стоком и общим истоком будет большое сопротивление обратносмещенного p–n-перехода, которое на несколько порядков больше входного сопротивления биполярного транзистора при любой схеме 12 включения. Однако коэффициент усиления ПТ меньше коэффициента усиления усилительного каскада с биполярным транзистором. Поэтому ПТ используют в основном во входных каскадах усилителей, где существенно большое входное сопротивление. Полевой транзистор будет работать, если при включении в электрическую цепь поменять местами электроды истока и стока. Нормальная работа ПТ с каналом p - типа обеспечивается подачей положительного смещения на затвор и отрицательного на сток. Максимальный ток стока и максимальная крутизна у ПТ с управляющим р–n-переходом (как с каналом p-типа, так и с каналом n-типа) наблюдается при нулевом смещении на затворе. При подаче прямого смещения на затвор ПТ появляется прямой ток через участок затвор – исток и резко уменьшается входное сопротивление транзистора. В этом режиме полевые транзисторы не используют. 3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА Начальный ток стока Iс0 – ток в цепи стока транзистора, включенного по схеме с общим истоком, при Uси,< Uс нас; Uзи=0. Ток стока в рабочей точке (при 0 > Uзи > Uотс)можно определить по формуле Iс= Iс0(1 Uзи Uотс)2. (1) Уравнение (1) является приближенным для проходной характеристики любого полевого транзистора (особенно с малыми напряжениями отсечки). Напряжение отсечки Uотс– один из основных параметров, характеризующих ПТ. При напряжении на затворе, численно равным напряжению отсечки, практически полностью перекрывается канал полевого транзистора, и ток стока при этом стремится к нулю. В справочных данных на ПТ всегда указывается, при каком значении тока стока произведены измерения напряжения отсечки. Так, например, для транзисторов КП307Е напряжения Uотс= 0.5 2.5 В получены при токе стока 0.01 мА. Крутизна проходной характеристики. Входное сопротивление полевых транзисторов со стороны управляющего электрода (затвора) составляет 107109 Ом. Усилительные свойства полевого транзистора, как и электронных ламп, характеризуются крутизной проходной характеристики: S=∂Iс ∂Uзи, при Uси=const. Выражение для крутизны характеристики в рабочей точке ПТ получим, используя (1) S= Sмакс (1UзиUотс), (2) где Uзи– напряжение затвор–исток, при котором вычисляется S; 13 Максимальное значение крутизны характеристики Sмакс достигается при Uзи=0. При этом численное значение Sмакс равно проводимости канала ПТ при нулевых смещениях на его электродах. Sмакс=−2(Ic0Uотс). (3) Соотношение (3) позволяет по двум известным параметрам рассчитать третий. Для большинства маломощных ПТ S лежит в пределах 210 мА/В. Крутизна характеристики полевых транзисторов на 12 порядка меньше, чем у биполярных транзисторов, поэтому при малых сопротивлениях нагрузки коэффициент усиления каскада на ПТ Кu = S Rc (Rc – сопротивление в цепи стока) меньше коэффициента усиления аналогичного каскада на биполярном транзисторе. В большинстве случаев крутизну характеристики полевых транзисторов считают частотно-независимым параметром. Поэтому быстродействие электронных схем на ПТ ограничено в основном паразитными параметрами схемы. Внутреннее сопротивление канала Ri определяется выражением Ri = ∂Uси∂Iс при Uзи= соnst. Это сопротивление при Uси=0 и произвольном смещении Uзи можно выразить через параметры транзистора: Ri U отс 2 I c0 1 - U зи U отс . (4) При малом напряжении исток–сток вблизи начала координат выходной характеристики ПТ ведет себя как переменное омическое сопротивление, зависящее от напряжения на затворе. Минимальное значение сопротивления канала Ri0 наблюдается при Uзи=0. При увеличении обратного напряжения на затворе сопротивление канала нелинейно увеличивается. Значение Ri0 определяется по стоковой характеристике транзистора как тангенс угла наклона касательной к кривой Iс=f(Uс) при Uз=0 в точке Ucи=0. Для приближенных расчетов имеет место простое соотношение: Ri01 Sмакс. (5) Коэффициент усиления определяется как изменение напряжения стока к вызвавшему его изменению напряжения на затворе при Ic = const: μ= −∂Uси∂Uзи . (6) Изменение тока стока связано с изменением напряжением на затворе и изменением напряжения на стоке 14 ∂Ic=S ∂Uзи +∂Uси Ri. Если ∂Ic=0, то S ∂Uзи +∂Uси Ri=0, разделив на ∂Uси и с учетом (6) после несложных преобразований получим связь между тремя параметрами S Ri.=μ. (7) Максимальные напряжения затвор–сток, затвор–исток, исток–сток. При превышении допустимых значений напряжения между электродами транзистора возможен лавинный пробой перехода затворканал. Обратное напряжение диода затвор–канал изменяется вдоль длины затвора, достигая максимального значения у стокового конца канала. Именно здесь происходит пробой полевого транзистора. Лавинный пробой не приводит к выходу из строя ПТ с управляющим p–nпереходом, если он не переходит в тепловой пробой. После возвращения в нормальный рабочий режим ПТ восстанавливают свою работоспособность. Типичные значения параметров маломощного полевого транзистора КП-303В с p–n-переходом и каналом n-типа: Начальный ток стока Ic0 = 2 ÷ 5 мА при Uси = 10 В, Uзи = 0. Напряжение отсечки Uотс = −1 ÷ − 4 В при Uси = 10 В, Ic = 10 мкА. Крутизна проходной характеристики при Uси = 10 В, Uзи = 0, S = 2 ÷ 5 мА/В. Внутреннее сопротивление Ri = 0,02 ÷ 0,5 Мом. Ток утечки затвора Iз = 1 нА при Uзи = 10 В, Uси = 0. Емкость входная Сзи не более 6 пФ. Емкость проходная Сзс не более 2 пФ. Максимальное напряжение затвор–сток, затвор–исток Uзс max = 30 В. Максимальное напряжение сток-исток Uси max = 25 В. Максимальный ток стока Ic max =20 мА. Максимальная рассеиваемая мощность при Т ≤ 25ºС Р max = 200 мВт. Диапазон температур окружающей среды Т от –40 до +85 ºС. 15 4. ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ Основными вольт-амперными характеристиками полевого транзистора являются входная, выходная и проходная характеристики, представленные на рис.8. Входная характеристика – зависимость тока 1 Iс Iз Iс0 А 2 Uзи0=0 3 Uзи10 Uзи2Uзи1 Uзи3Uзи2 0 Uзи а) 0 Iс Iс 0 линейный участок область отсечки 0 Uзи Uотс в) Uс нас0 Uс нас1 Uс нас2 Uс нас3 Uс пробоя2 Uси б) Рис.8. Вольт-амперные характеристики полевого транзистора с управляющим p–n-переходом: а) входная, б) выходная; цифрами отмечены: 1 – крутая область; 2 – пологая область (область насыщения), 3 – область пробоя; в) проходная затвора Iз от напряжения между затвором и истоком Uзи – приведена на рис.8,а. Она представляет собой обычную вольт-амперную характеристику полупроводникового диода и практически не зависит от напряжения сток исток Uси. Обычно полевой транзистор работает при закрытом p–n-переходе, поэтому ток затвора очень мал. Семейство выходных характеристик – зависимость тока стока Iс от напряжения сток–исток Uси при различных напряжениях на затворе Uзи – показано на рис.8,б, где выделены три области: 1 – крутая, 2 – пологая или область насыщения, 3 – область электрического пробоя. Нормальная работа полевого транзистора как усилителя мощности осуществляется в области насыщения. При этом линейному увеличе- 16 нию напряжения на затворе Uзи соответствует линейное увеличение тока стока Iс. Зависимость Iс=f(Uзи) при фиксированном напряжении сток– исток Uси называется проходной характеристикой транзистора. Одна из таких зависимостей приведена на рис.8,в. На ней можно выделить линейный участок и два нелинейных участка. Первый нелинейный участок (область отсечки) наблюдается при напряжениях на затворе, близких к напряжению отсечки Uси ≈ Uотс. Канал ПТ закрыт, и ток стока мал. Второй нелинейный участок возникает при подаче открывающего напряжения на затвор транзистора. При этом по каналу течет большой ток Iс0. В этом режиме вольт-амперные характеристики ПТ обычно не снимаются, на рисунке область насыщения нанесена точками. 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Цель работы: Получить вольт-амперные характеристики полевого транзистора с управляющим p–n-переходом. Приборы и принадлежности: источник постоянного тока MPS3003 LK-2, вольтметр В7-78/1, вольтметр В7-35 (в режиме измерения тока) или аналогичные, исследуемые полевые транзисторы. Задание 1. Собрать схему установки для снятия вольт-амперных характеисточник постоянного тока MPS-3003 LK-2 + – - GND + 5V 1А 0-30В VT R А V Рис.9. Схема установки для снятия вольт-амперных характеристик полевого транзистора 17 ристик полевого транзистора согласно рис.9. 2. Подготовить источник питания MPS-6003 к работе: - включить вилку в сеть; - ручки регулятора напряжения VOLTAGE установить: верхнюю COARSE (грубо) и нижнюю FINE (плавно) в крайние левые положения, при этом напряжение на выходе равно нулю; - ручки регулятора тока CURRENT установить: верхнюю COARSE (грубо) на минимум в крайнее левое положение, нижнюю FINE (плавно) в среднее положение; - выключатель питания POWER нажать и включить прибор − загорится зеленый индикатор CV (прибор находится в режиме стабилизации напряжения); - нажать кнопку подключения выходных клемм OUTPUT − загорится красный индикатор подключения выходных клемм прибора OUT. На дисплеях вольтметра VOLTAGE DISPLAY и амперметра CURRENT DISPLAY будут индицироваться напряжение в вольтах и ток в амперах (в данном случае нули). 3. Снять семейство выходных характеристик полевого транзистора, для этого установить резистором R напряжение на затворе Uзи0=0 и снять зависимость Iс=f (Uси). Напряжение Uси повышайте ступенями: от 0 до 1.0 В через 0.2 В, от 1.0 до 3.0 В через 0.5 В, от 3.0 до 10 В через 1.0 В. Повторите измерения Iс=f (Uси) при напряжениях: Uзи1 = −0,5 В, Uзи2 = −1,0 В, Uзи3 = −1,5 В, Uзи4 = −2,0 В и т.д. Измерения можно заканчивать, если ток стока в пологой области изменится не менее, чем в десять раз по сравнению с начальным током стока Iс0 при Uзи0=0. 4. Снять семейство проходных характеристик Ic=f(Uзи) при Uси1=2 В; Uси1=5 В и Uси1=10 В. Напряжение Uзи изменять от 0 до −5 В с шагом ΔUзи =−0.5 В. Обработка результатов измерений 1. Построить семейство выходных характеристик Iс=f (Uси) при Uзи=const. Для каждой характеристики определить напряжение Uс нас и ток стока Iс при Uси=10 В, как показано на рис.10. Построить зависимости Uс нас= f (Uзи) и Iс= f (Uзи). Рассчитать внутренне дифференциальное внутреннее сопротивление ПТ в пологой области, как показано на рис.10. Ri=ΔUси / Δ Iс при Uзи=соnst для всех Uзи. Построить график Ri= f (Uзи). 2. Построить семейство проходных характеристик Iс=f(Uзи) при Uси=const (рис.11). Определить напряжения отсечки Uотс. Построить зависимость Uотс =f(Uси). 18 Iс Iс0 Δ Iс Uзи0=0 Iс1 Uзи10 Iс2 Uзи2Uз1 Iс3 Uзи3Uз2 0 Uс нас0 Uс нас1 Uс нас2 Uс нас3 ΔUси Uси1 Iс Iс 0 Δ Iс Uси2 Uси3 Uси пробоя Рис.10. Семейство выходных характеристик полевого транзистора Uотс0 0 Uзи ΔUзи и Рис.11. Семейство проходных характеристик полевого транзистора Рассчитать крутизну S= Δ Iс/ΔUзи при Uси=10 В в начале, середине и конце проходной характеристики. Построить график S= f (Uзи). Рассчитать μ= Δ Uси/ΔUзи при Iс=const в начале, середине и конце проходной характеристики. Построить график μ = f (Uзи). 3. С помощью соотношения (7) проверить полученные результаты. 4. Сравнить полученные результаты со справочными данными. 6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Омические контакты. Основные требования к омическим контактам. Зонные диаграммы контактов металл – полупроводник в состоянии термодинамического равновесия, при прямом и обратном смещении. 2. Зонная диаграмма омического контакта М–n+–n в состоянии термодинамического равновесия. 3. Конструкция и схемотехническое обозначение полевых транзисторов с управляющим p–n-переходом и каналами p- и n- типов, напряжения на выводах транзистора и токи, текущие через транзистор. 4. Распределение потенциала канала и разности потенциалов канал – затвор вдоль полевого транзистора. 5. Зонная диаграмма ПТ в поперечном сечении. 6. Принцип действия ПТ. Управление током стока с помощью изменений напряжений на затворе и стоке. 7. Основные параметры ПТ. 19 8. Связь между крутизной проходной характеристики, дифференциальным сопротивлением канала и коэффициентом усиления. 9. Вольт-амперные характеристики ПТ. 10. Объяснить полученные графики. Рекомендательный список литературы 1. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. СПб., 2006. 480 с. 2. Игумнов Д.В., Костюнина Г.П. Основы полупроводниковой электроники. М., 2005. 392 с. 3. Гуртов В. Твердотельная электроника. М., 2005. 408 с. 4. Ржевкин К.С. Физические принципы действия полупроводниковых приборов. М.: Изд-во МГУ, 1986. 256 с. 5. Аронов Л.В., Баюков А.В., Зайцев А.А. и др. Полупроводниковые приборы. Транзисторы. Справочник. М., 1985. 904 с. 6. Изучение статических характеристик полупроводниковых приборов: метод. указ. к выполнению лаб. раб. / сост. А.С.Ажеганов, И.Л.Вольхин; Перм. ун-т. Пермь, 2007. 24 с. Содержание Введение 1. Омические контакты 2. Конструкция и принцип действия полевого транзистора 3. Основные параметры полевого транзистора 4. Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов 5. Порядок выполнения работы 6. Контрольные вопросы Рекомендательный список литературы 3 3 8 12 15 16 18 19 20 Методическое издание Составители Ажеганов Александр Сергеевич Вольхин Игорь Львович Коротаев Николай Николаевич ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Изучение статических характеристик полевых транзисторов Методические указания к выполнению лабораторной работы Редактор Л.А. Богданова Корректор А.С. Гурьева Подписано в печать 27.11.2008. Формат 608416. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л.0,8. Тираж 50 экз. Заказ . Редакционно-издательский отдел Пермского государственного университета 614990. Пермь, ул. Букирева, 15 Типография Пермского государственного университета 614990. Пермь, ул. Букирева, 15
