Полевой транзистор

        канальный транзистор, полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание в П. т. рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы называются униполярными (в отличие от биполярных). По физической структуре и механизму работы П. т. условно делят на 2 группы. Первую образуют П. т. с управляющим р—n-переходом (см. Электронно-дырочный переход) или переходом металл — полупроводник (т. н. барьером Шотки, см. Шотки эффект), вторую — П. т. с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т. н. транзисторы МДП (металл — диэлектрик — полупроводник). В последних в качестве диэлектрика используют окисел кремния (МОП-транзистор) или слоистые структуры, например SiO₂ — Al₂O₃ (МАОП-транзистор), SiO₂ — Si₃N₄ (МНОП-транзистор) и др. К П. т. с изолированным затвором относят также П. т. с т. н. плавающим затвором и П. т. с накоплением заряда в изолированном затворе (их применяют как элементы электронной памяти). В П. т. в качестве полупроводника используют в основном Si и GaAs, в качестве металлов, образующих переход, — Al, Mo, Au. П. т. созданы в 50—70-е гг. 20 в. на основе работ американских учёных У. Шокли, С. Мида, Д. Канга, М. Аталлы и др.

         В П. т. 1-й группы (рис., а и б) управляющим электродом (затвором) служит полупроводниковый или металлический электрод, образующий с полупроводником канальной области р—n-переход или переход металл — полупроводник. На затвор подаётся напряжение, уменьшающее ток, который протекает от истока к стоку: при увеличении этого напряжения область пространственного заряда перехода (обеднённая носителями заряда) распространяется в канальную область и уменьшает проводящее сечение канала. При некотором значении напряжения затвора, т. н. напряжении отсечки U_oт, ток в приборе прекращается.

         В П. т. с изолированным затвором (рис., б) управляющий металлический электрод отделен от канальной области тонким слоем диэлектрика (0,05—0,20 мкм). Канал может быть либо образован технологическим способом (встроенный канал), либо создан напряжением, подаваемым на затвор в рабочем режиме (индуцированный канал). В зависимости от этого прибор имеет передаточную характеристику соответственно вида I или II (см. рис., в).

         П. т. широко применяют в электронной аппаратуре для усиления электрических сигналов по мощности и напряжению. П. т. — твердотельные аналоги электронных ламп (См. Электронная лампа), они характеризуются аналогичной системой параметров — крутизной характеристики (0,1—400 ма/в), напряжением отсечки (0,5—20 в), входным сопротивлением по постоянному току (10¹¹—10¹⁶ ом) и т.д.

         П. т. с управляющим р—n-переходом обладают наиболее низким среди полупроводниковых приборов уровнем шумов (являющихся в основном тепловыми шумами) в широком диапазоне частот — от инфранизких до СВЧ (коэффициент шума лучших П. т. < 0,1 дб на частоте 10 гц и Полевой транзистор 2 дб на частоте 400 Мгц). Мощность рассеяния П. т. такого типа может достигать нескольких десятков вт. Их основной недостаток — относительно высокая проходная ёмкость, требующая нейтрализации её при большом усилении. В П. т. с переходом металл — полупроводник достигнуты наиболее высокие рабочие частоты (максимальная частота усиления по мощности лучших П. т. на арсениде галлия > 40 Ггц). П. т. с изолированным затвором обладают высоким входным сопротивлением по постоянному току (до 10¹⁶ ом, что на 2—3 порядка выше, чем у др. П. т., и сравнимо с входным сопротивлением лучших электрометрических ламп (См. Электрометрическая лампа)). В области СВЧ усиление и уровень шумов у этих П. т. такие же, как и у биполярных транзисторов (предельная частота усиления по мощности около 10 Ггц, коэффициент шума на частоте 2 Ггц около 3,5 дб и динамический диапазон > 100 дб), однако они превосходят последние по параметрам избирательности и помехоустойчивости (благодаря строгой квадратичности передаточной характеристики). Относительная простота изготовления (по планарной технологии (См. Планарная технология)) и схемные особенности построения позволили использовать их в больших интегральных схемах (БИС) устройств вычислительной техники (например, созданы БИС, содержащие > 10 тыс. МДП-транзисторов в одном кристалле).

         Лит.: Малин Б. В., Сонин М. С., Параметры и свойства полевых транзисторов, М., 1967; Полевые транзисторы, пер. с англ., М., 1971; Зи С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., М., 1973.

         В. К. Невежин, О. В. Сомов.

        

        Схематическое изображение полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом (а), с управляющим переходом металл — полупроводник (б), с изолированным затвором (в) и их переходные характеристики: 1 — затвор; 2 — область канала; 3 — область пространственного заряда; 4 — исток; 5 — сток; 6 — диэлектрик; 7 — полупроводник с проводимостью р-типа; 8 — полупроводник с проводимостью n-типа; I_c — ток стока; E_c — постоянное напряжение источника тока в цепи стока; U₃ — напряжение затвора; U_oт — напряжение отсечки; e_c — напряжение усиливаемого сигнала; Е_з — напряжение начального смещения рабочей точки; R_н — сопротивление нагрузки; зачернены области металлических покрытий; стрелками (в канальной области) показано направление движения электронов.