Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Лит.: ТудоровскиЙ А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., ч. 1, М.—-JI., І946; Слюсарев Г. Г., Методы расчета оптических систем, 2 изд., JI., 1969.
ПОЛЕВАЯ ЭМИССИЯ — то же, что автоэлектронная
эмиссия.
ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР — транзистор, в к-ром управление протекающим через него током осуществляется электрич. полем, перпендикулярным направлению тока. Принцип работы П. т., сформулированный в 1920-х гг., поясняется на рис. 1. Тонкая пластинка полупроводника (канал) снабжена двумя омич, электродами (истоком и стоком). Между истоком и стоком расположен третий электрод — затвор. Напряжение, приложенное между затвором и любым из двух
др. электродов (истоком нли стоком), приводит к появлению в подзатворной области канала электрич. поля. Влияние этого поля приводит к изменению кол-ва носителей заряда в канале вблизи затвора и, как следствие, изменяет сопротивление канала.
Изготовляются П. т. гл. обр. из Si и GaAs; исследуются также П. т. на основе InP, тройных твёрдых растворов AIIIBV, а также гетероструктур GaAlAs/GaAs н InGaAs/InP и др.
Если канал П. т.— полупроводник n-типа, то ток в нём переносится электронами, входящими в канал через исток, к к-рому в этом случае прикладывается отрн-цат. потенциал, и выходящими из канала через сток.
ПОЛЕВОЙ
Если канал П.т.— полупроводник p-типа, то к истоку прикладывается положит, потенциал, а к стоку — отрицательный. При любом типе проводимости канала ток всегда переносится носителями заряда только одного знака: либо электронами, либо дырками, поэтому П. т. наз. иногда униполярными транзисторами.
Различают 2 осн. типа П. т. К первому типу относят П. т., в к-рых затвором служит р — «-переход (П. т. с управляющим р — «-переходом) нлн барьер металл — полупроводник (Шоттки барьер). Ко второму типу относят П. т., в к-рых металлнч. электрод затвора отделён от канала тонким слоем диэлектрика, — П. т. с изолированным затвором.
Идея, лежащая в основе работы П. т. с затвором в виде р — «-перехода, высказана в нач. 50-х гг. У. Шокли (W. Shockley, США). Она поясняется на рис. 2. Под металлнч. электродом затвора П. т. сформирован p-слой, так что между затвором и любым из двух др. электродов П. т. существует р — я-переход. Толщина канала d, по к-рому ток может протекать между истоком и стоком, зависит от напряжения, приложенного к затвору. Между истоком и затвором прикладывается напряжение U3, смещающее р — «-переход в запорном направлении {в П. т. с каналом «-типа это условие соответствует «минусу» на затворе). Тогда под затвором возникает обеднённый слой (см. р — п-переход), имеющий очень высокое сопротивление. Чем больше напряжение U3, тем больше толщина обеднённого слоя, В пределах обеднённого слоя ток практически течь не может. Поэтому увеличение U3 соответствует сужению канала, по к-рому протекает ток между истоком н стоком. Меняя напряжение на затворе, можно управлять током в канале. Чем больше U3, тем толще обеднённый слой н тоньше канал и, следовательно, тем больше его сопротивление н тем меньше ток в канале. При достаточно большой величине U3 обеднённый слой под затвором может полностью перекрыть канал, и ток в канале обратится в нуль. Соответствующее напряжение
— U0 наз. напряжением отсечки.
Ширина области объёмного заряда обратносмещён-ного р — п-перехода
W
-[
2ВВ,(1/>Н7к> IVj
eNd
г-
где е — заряд электрона, Nd — концентрация доноров в материале канала, е — диэлектрич. проницаемость материала, е0 = 8,854-IO-13 Ф/'м — диэлектрич. постоянная, ?/к — контактная разность потенциалов в р — п-переходе. Очевидно, толщина канала d = h — W, где h — геом. толщина канала (рис. 2). Напряжение отсечки U0 находится из условия W = h:
eNdh*
_
U°- 2 ES0 U*
2 BBe
8
Принцип работы П. т. с затвором в виде барьера Шоттки (ПТЩ) аналогичен. Разница лишь в том, что обеднённый слой в канале под затвором создаётся приложением запорного напряжения к контакту металл — полупроводник.
ПТІІІ и П. т. с управляющим р — n-пе ре ходом, как правило, являются П. т. с нормально открытым каналом. Так принято наз. П. т., в к-рых при отсутствии напряжения на затворе (?/а — 0) канал открыт п между истоком и стоком возможно протекание тока. В цифровых устройствах для снижения потребляемой мощности применяют также нормально закрытые П. т. В этих приборах толщина канала h настолько мала, что канал под действием контактной разности потенциалов Uji при нулевом напряжении на затворе полностью обеднён носителями заряда, т. е. канал практически закрыт. Рабочей областью входных сигналов таких П. т. являются отпирающие значения U3 от Ub — 0 до U3 ж Uk.
В П. т. с изолиров. затвором между каналом П. т. и металлич. электродом затвора размещается тонкий
слой диэлектрика (рис. 3, 4). Поэтому такие П. т. наз. МДП-транаисторами (металл — диэлеитрик — полупроводник; Cm. МДП-структура). Часто в МДП-тран-зисторе слоем диэлектрика служит окисел на поверхности полупроводника. В этом случае П. т. наз. МОП-
Сток
Pro. 3.
транзисторами (металл — окнеел — полупроводник). Первые МДП-транзисторы появились в сер. 50-х гг.
