Tranzistorul cu Efect de Câmp TEC-J

TRANZISTORUL CU EFECT DE CÂMP TEC J

1. INTRODUCERE

Tranzistoarele cu efect de câmp (TEC) se bazeaza pe controlul efectuat de un câmp electric asupra curentului care trece prin dispozitiv. Curentul electric trece printr un canal conductor, a carui conductanta depinde de valoarea câmpului electric de control.

Curentul este format dintr un singur tip de purtatori de sarcina, care se deplaseaza de la un capat al canalului, numit sursa (S), la celalalt capat numit drena (D). Deplasarea purtatorilor are loc datorita diferentei de potential aplicata între drena si sursa.

Câmpul electric care moduleaza conductanta acestui canal provine din tensiunea aplicata pe un al treilea electrod, electrodul de control, numit grila (G) sau poarta (P).

Tranzistoarele cu efect de câmp se mai numesc si tranzistoare unipolare, deoarece la conductia curentului electric participa un singur tip de purtatori de sarcina mobili si anume purtatorii majoritari din canal.

Dupa tipul de purtatori care participa la conductia curentului electric exista doua categorii de tranzistoare cu efect de câmp: TEC cu canal n, când purtatorii mobili sunt electronii, si TEC cu canal p la care curentul electric este dat de goluri.

Dupa modul în care se face controlul conductiei canalului, exista doua tipuri de TEC: TEC cu jonctiune, prescurtat TEC J care se studiaza în aceasta lucrare, si TEC cu poarta izolata numite si TEC metal oxid semiconductor, prescurtat TEC MOS.

2. DESCRIEREA FUNCTIONARII TEC J

La baza functionarii TEC J stau urmatoarele proprietati ale jonctiunii pn:

regiunea de sarcina spatiala se comporta ca un mediu dielectric;

adâncimea de patrundere în zona n depinde de polarizarea jonctiunii pn si de gradul de dopare cu impuritati a zonei n;

largimea canalului depinde de tensiunea de poarta Up.

La TEC J electrodul de control (grila) îl constituie o jonctiune pn, polarizata invers. Pe un substrat puternic dopat de tip p se formeaza o zona de tip n care va constitui canalul, asa cum se poate vedea în figura 1.

Fig. 1. Structura fizica a unui TEC-J cu canal n

O difuzie p+ se executa pentru a realiza jonctiunea pn între poarta si canal. Se realizeaza contacte ohmice la cele doua capete ale canalului pentru sursa si drena.

Canalul dintre sursa si drena este delimitat de regiunile de trecere ale jonctiunilor pe care le formeaza cu grila si substra¬tul. Daca aceste jonctiuni se polarizeaza invers, regiunile de trecere respective se extind patrunzând în regiunea n, întrucât aceasta este mai slab dopata cu impuritati decât celelalte zone. Astfel, largimea efectiva a canalului se micsoreaza. Fenome¬nul este evidentiat în figura 2, în care se considera cele doua regiuni p+ legate împreuna si canalul echipotential.

Modificarea sectiunii acestui canal determina modificarea conductantei sale Gc, adica conductanta masurata între sursa si drena.

Extinderea regiunilor de trecere ale jonctiunilor se mareste odata cu cresterea marimii tensiunii inverse aplicate jonctiunilor. Când aceasta tensiune atinge valoarea de prag Up, regiunile de trecere fac contact obturând canalul, a carui conductanta scade la zero.

Observatie: substratul este, de obicei, conectat împreuna cu poarta constituind electrodul de poarta. Substratul poate constitui un al patrulea electrod, caz în care va avea rolul unei a doua porti. Efectul de câmp efectuat de electrodul grila consta, deci, în variatia latimii regiunii de trecere a jonctiunii grila-canal în functie de potentialul aplicat grilei.

Fig. 2. Modificarea largimii canalului cu potentialul aplicat grilei

Daca jonctiunea grila canal este polarizata direct, prin aceasta jonctiune va circula un curent mare fara a determina o modificare importanta a conductantei canalului. Conductanta canalului se poate pune în evidenta prin modifi¬carea curentului de drena Id corespunzator unei tensiuni de drena sursa mici.

Se observa, ca în figura 3, ca panta caracteristicii Id=f(Ud) se modifica în functie de valoarea tensiunii aplicate grilei. Se obtine o rezistenta comandata în tensiune. Daca tensiunea între drena si sursa creste în continuare, dependenta curentului de drena de tensiunea de drena devine neliniara datorita neechipotentialitatii canalului.

Fig. 3. Caracteristicile statice de iesire ale TEC-J

Asa cum se poate observa în figura 4, potentialul în canal va creste în lungul canalului de la sursa spre drena. Acest potential, pozitiv fata de sursa aleasa drept referinta, mareste tensiunea inversa aplicata jonctiunii grila canal si largimea regiunii de trecere a acesteia se micsoreaza. Spre deosebire de configuratia din figura 2, corespunzatoare valorii Ud=0 (sau Ud foarte mare), în prezenta tensiunii de drena, canalul se îngusteaza pe masura ce se apropie de drena.