Структура МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа показана на рис. 6.1. В подложке p-типа с невысокой концентрацией акцепторов »10¹⁵см^-3 методами диффузии или ионного легирования сформированы сильно легированные истоковая и стоковая области с концентрацией примеси »10¹⁹см^-3.

Рис. 6.1.

Расстояние между стоковой и истоковой областями называется длиной канала L и составляет от десятых долей до нескольких микрометров. На поверхности полупроводника создается тонкий слой подзатворного диэлектрика толщиной от 10 до 100 нм. В большинстве случаев, это термически выращенная двуокись кремния. Металлические слои образуют выводы стока, истока и затвора.

Работа транзистора. Предположим, что заряд в  диэлектрике равен нулю. Тогда при равенстве нулю напряжения между истоком и затвором U_зи=0 проводящий канал в полупроводнике p-типа будет отсутствовать и между стоком и истоком оказываются два встречно включенных p-n-перехода. Поэтому при подаче напряжения на сток ток, протекающий через транзистор, будет ничтожно мал.

При подаче на затвор отрицательного напряжения U_зи<0 поверхностный слой обогащается дырками, а ток, протекающий через транзистор, остается ничтожно малым. Транзистор закрыт. При подаче на затвор возрастающего положительного потенциала в подложке сначала образуется обедненный дырками слой, а затем- инверсионный слой электронов, образующий проводящий канал. Через транзистор начинает протекать ток, зависящий от напряжения на затворе.

Каналы, образующиеся под действием внешнего напряжения и отсутствующие в равновесном состоянии, называются индуцированными. Толщина индуцированного канала составляет 1-2 нм и практически не изменяется. Модуляция проводимости канала осуществляется за счет изменения концентрации носителей. Напряжение на затворе, при котором образуется проводящий канал, называется пороговым напряжением.

Если поверхностный слой полупроводника между стоком и истоком легировать донорами, то проводящий канал будет существовать и при нулевом напряжении на затворе. Пороговое напряжение при этом будет отрицательным. Такие транзисторы называются МДП-транзисторами с встроенным каналом.

Обозначения МДП-транзисторов и полярности рабочих напряжений для включения по схеме с общим истоком показаны на рис. 6.2-6.5.   

МДП-транзистор с индуцированным n-каналом-рис. 6.2,

МДП-транзистор с индуцированным p-каналом-рис. 6.3,

МДП-транзистор со встроенным n-каналом-рис. 6.4,

МДП-транзистор со встроенным p-каналом-рис. 6.5.

В МДП-транзисторах с p-каналом области истока и стока p⁺ типа формируются в подложке n-типа.    

МДП-транзистор со встроенным каналом работает как при положительном, так и при отрицательном напряжении на затворе, тогда как МДП-транзистор с индуцированным каналом работает только при одной полярности напряжения на затворе.

Статические характеристики

МДП-транзисторов

Выходные характеристики МДП-транзисторов показаны на рисунке 6.6. На выходные ВАХ существенное влияние оказывают изменения в структуре канала, возникающие с ростом напряжения на стоке.

При U_И=U_С=0 электрическое поле в диэлектрике и полупроводнике будет однородным, и толщина канала будет одинаковой от истока до стока.

Если напряжение U_СИ>0 и не очень велико, то канал ведет себя как обычное сопротивление. Ток стока увеличивается пропорционально напряжению стока. Эту область ВАХ называют линейной областью работы транзистора.

С ростом напряжения U_СИ будут увеличиваться ток стока и потенциал поверхности полупроводника в направлении от истока к стоку. Вследствие этого разность потенциалов между затвором и поверхностью полупроводника будет уменьшаться в направлении к стоку. Соответственно сечение канала начинает сужаться в направлении к стоку. При напряжении на стоке равном напряжению насыщения U_СН     разность потенциалов между затвором и поверхностью полупроводника становится равной нулю у стока. Толщина канала у стока становится равной нулю. МДП-транзистор переходит в режим отсечки канала. При напряжении U_СИ>U_СН точка отсечки сдвигается к истоку и происходит укорочение канала на DL (рис. 6.7). На участке DL обедненный слой выходит на поверхность полупроводника.

После отсечки канала ток стока перестает зависеть от потенциала стока. Эта область ВАХ называется областью насыщения тока стока.

На острие канала, в точке его перекрытия концентрируется электрическое поле, напряженность которого становится выше критической и наступает режим насыщения скорости дрейфа электронов, инжектированных из острия канала в обедненный слой.

Ток равен: j_n=еm_nnE_KP,

так как v_ДР=m_nE_КР=const n=const,

то и j_n=const.