Крутість стокозатворної характеристики

Прохідні характеристики польового МДН транзистора

Прохідні характеристики різних типів польових транзисторів

Прохідні (англ. transfer characteristics) або стокозатворні характеристики МДН транзистора показують залежність струму стоку $Ic(I_{D})$ від напруги затвор-витік $U_{3B}(U_{GS})$ при постійній напрузі між витоком і стоком $U_{CB}(U_{DS})$.

$I_{C}=f(U_{3B})\mid _{U_{CB}=const}$

І саме крутість цієї залежності є одним з основних параметрів польового транзистора.

Характеристики починаються в точці на осі напруг, яка відповідає напрузі $U_{3}{\mbox{пор}}$, оскільки за менших напруг немає провідного каналу та струм стоку $Ic(I_{D})$ дорівнює нулю. За напруг на стоці $U_{C}>U_{C}{\mbox{н}}$ залежність $I_{C}(U_{3})$ має квадратичний характер і визначається формулою:

$I_{C_{H}}={C_{3K}'\mu _{nS}b_{K} \over 2l_{K}}(U_{3}-U_{3}{\mbox{пор}})^{2}\qquad \qquad (1)$

Із формули випливає, що за напруги $U_{C}>U_{C}{\mbox{н}}$ струм стоку безпосередньо не залежить від напруги на стоці. Але реально струм стоку зростає з підвищенням напруги на стоці внаслідок збільшення дрейфової швидкості електронів в області просторового заряду. Це зростання також зумовлено збільшенням довжини каналу $l_{K}$ з підвищенням $U_{C}$.

У разі малих напруг $U_{C}$ прохідні характеристики наближаються до лінійних і визначаються формулою:

$I_{C_{H}}={C_{3K}'\mu _{nS}b_{K} \over 2l_{K}}\left[(U_{3}-U_{3}{\mbox{пор}})U_{C}-{\frac {U_{C}^{2}}{2}}\right]\qquad \qquad (2)$

Крутість стокозатворної характеристики є основним параметром, який характеризує підсилювальні властивості транзистора.

$S={\frac {dI_{C}}{dU_{3}}}{\Bigg |}_{U_{C}=const}$

Для пологих ділянок вихідних характеристик крутість можна знайти диференціюючи вираз $(1)$ за $dU_{3}$:

$S={C_{3K}'\mu _{nS}b_{K} \over {l_{K}}}(U_{3}-U_{3}{\mbox{пор}})\qquad \qquad (3)$

Для збільшення крутості необхідно збільшувати питому ємність $C_{3K}'$, ширину каналу $b_{K}$ і зменшувати довжину каналу $l_{K}$.

У режимі насичення (глибокої інверсії) питому ємність $C_{3K}'$ можна вважати рівною питомій ємності оксиду $C_{OK}'$, яка залежить від товщини діелектрика. Однак зі зменшенням товщини діелектрика знижується напруга пробою під затвором. Для діелектрика ${\ce {SiO2}}$ товщиною 0,05 мкм пробивна напруга становить близько 50 В. Пробій діелектрика може відбутися під дією статичної напруги на затворі. Таке явище спостерігається за відключеного затвору. Тому під час зберігання МДН-транзисторів їх електроди з’єднують металевими перемичками, які знімаються перед вмиканням транзисторів у схему.

Збільшення ємності призводить до погіршення частотних властивостей МДН-транзисторів. Ширина $b_{K}$ каналу впливає на крутість характеристики як безпосередньо, так і через ємність $C_{3K}'$. Зі збільшенням $b_{K}$ зростає крутість і одночасно підвищується ємність затвор–канал $C_{3K}'$, що, в свою чергу, також призводить до зростання крутості та погіршення частотних властивостей транзистора. Крутість характеристики тим більша, чим менша довжина каналу $l_{K}$. Велику крутість мають транзистори з n-каналом, оскільки рухливість електронів більша від рухливості дірок.

Посилання

• Відеолекції викладача кафедри конструювання електронно-обчислювальної апаратури (КЕОА) на факультеті електроніки КПІ (режими роботи польового транзистора)(укр.)
• Уроки електроніки - MOSFET Amplifier [Архівовано 30 грудня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
• Відеолекція про MOSFET та його характеристики(англ.)
• Слайдлекція про MOSFET та його характеристики [Архівовано 30 грудня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
• Відеолекція про прохідні характеристики MOSFET та їх графічні позначення(англ.)
• Стаття про прохідні та вхідні характеристики MOSFET [Архівовано 22 листопада 2021 у Wayback Machine.](англ.)
• Проста відеолекція про характеристики MOSFET(англ.)
• Анімація роботи польового транзистора [Архівовано 3 квітня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
• Анімація роботи польового транзистора [Архівовано 22 вересня 2012 у Wayback Machine.](англ.)
• Стаття про польові транзистори [Архівовано 30 грудня 2019 у Wayback Machine.](укр.)