5. Разновидности полевых транзисторов

Полевые транзисторы могут быть n-канальными и p-канальными, с индуцированным (наведенным) каналом и с встроенным каналом. В транзисторе с индуцированным каналом канал изначально отсутствует, входной сигнал может навести канал и “открыть” транзистор. В транзисторе с встроенным каналом канал существует независимо от входного сигнала, который может его увеличить, уменьшить или полностью разрушить.

Существуют просто «полевые транзисторы» и МДП (МОП, МИП) транзисторы. Название “полевой” связано с тем, что транзистор полностью управляется напряжением (электрическим полем). Входного тока нет и он не нужен. Однако между металлическим затвором и полупроводниковой подложкой в принципе может протекать ток. Для его предотвращения между металлом и полупроводником помещают диэлектрик (оксид кремния, изолятор) получаем модификацию, которую принято называть МДП, или МОП или МИП транзисторы (Металл - Диэлектрик (Оксид, Изолятор) – Полупроводник).

Кроме того, транзисторы могут включаться по схеме ОИ - с общим истоком (потенциал истоком считается равным нулю, входной сигнал – напряжение на затворе относительно истока, выходной сигнал – напряжение на стоке.

Возможно включение и по схемам ОС (с общим стоком), ОЗ (с общим затвором). Существуют также модификации полевых транзисторов с двойным слоем изолятора, с плавающим затвором и другие, применяемые в перепрограммируемых постоянных запоминающих устройствах.

6. Сравнение биполярных и полевых транзисторов

Полевые транзисторы выполняют те же функции, что и биполярные. Например, если в схеме электронного ключа заменить биполярный npn транзистор на полевой n-канальный транзистор с индуцированным каналом, работа логического устройства не изменится.

Отличия между двумя типами транзисторов технологические. Несомненным преимуществом биполярных транзисторов является их быстродействие. Несмотря на задержки переключения, открытие и закрытие p-n перехода происходит значительно быстрее, чем наведение и рассасывание канала.

Преимуществом полевых транзисторов является их относительная конструктивная простота и отсутствие «паразитных» токов (транзистор управляется напряжением, входного тока нет). Отсутствие “паразитных” токов позволяет создавать схемы, где токи вообще не протекают, и нет выделения тепла. Поэтому возможна большая концентрация полевых транзисторов в кристалле (в 10-100 раз больше, чем биполярных транзисторов).

Наличие в биполярных транзисторах тока база-эмиттер, обратные токи в закрытых для основных носителей p-n переходах приводит к тому, что они постоянно нагреваются. И именно отвод тепла, а не технологические методы изготовления микросхем является основным сдерживающим фактором повышения концентрации элементов в кристалле.

Еще одной особенностью полевых транзисторов является следующее. В биполярных транзисторах помехоустойчивость (допустимые флуктуации) логического нуля основана на электрохимических свойствах кремния или германия (наличие контактной разности потенциалов и порогового напряжения открывания). А в полевых транзисторах помехоустойчивость логического нуля и логической единицы определяется конструктивными особенностями. Пусть при источнике питания 5В канал начинает наводиться напряжением на затворе более 2В, а при напряжении 3В канал становится настолько широким, что его дальнейшее расширение и повышение потенциала затвора не влияет существенно на выходной сигнал. Тогда, выбирая логический ноль U₀ = 0В, логическую единицу U₁ = 5В, можно обеспечить помехоустойчивость логических схем ± 2В.

Таким образом, за исключением быстродействия полевые (канальные, униполярные) транзисторы в большинстве случаев имеют преимущества по сравнению с биполярными транзисторами.