Полевой транзистор

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, в котором входной сигнал создает электрическое поле, перпендикулярное току. В результате действия электрического поля ток изменяется. Полевой транзистор носит еще название униполярного. Его отличием от биполярного транзистора является то, что ток в полевом транзисторе возникает за счет зарядов одного знака. Полевой транзистор представляет собой твердотельную электронную лампу, характеристика параметров транзистора и лампы аналогична.

Полевой транзистор состоит из затвора, области пространственного заряда, области канала, стока, истока, диэлектрика, проводников с n- и р -проводимостью, тока стока. Кроме этого, в состав транзистора входят напряжения: источника тока в цепи стока, затвора, смещения рабочей точки, отсечки, усиливаемого сигнала.

Полевой транзистор был изобретен в 1930 г. ученым Ю. Лилиенфельдом. В отличие от биполярного транзистора, который появился на свет на 17 лет позже своего собрата, для создания которого понадобились лабораторные опыт и изучение теорий механики, полевой транзистор было достаточно легко сконструировать. Чтобы его изобрести, Лилиенфельду понадобилось лишь знание того, что в природе все состоит из отрицательно и положительно заряженных частиц, а самая важная частица – электрон – способна двигаться.

В 1960-е гг. стала развиваться технология полупроводников и активно начал применяться кремний, главный полупроводник полевого транзистора. В эти же годы американцы М. Аталла и Д. Кант поставили на поток серийное изготовление полевых транзисторов на основе кремния и двуокиси кремния. Интересен курьезный случай, связанный с изготовлением транзисторов. В Советском Союзе примерно в это же время физик Р. С. Нахмансон подал патент на полевой транзистор, основанный на кремнии. Но Государственный комитет по изобретениям и открытиям отверг этот проект из-за того, что чиновники просто-напросто перепутали магнитное поле с электрическим.

Полевые транзисторы различаются по механизму действия и физической структуре.

Одна группа транзисторов представляет собой транзисторы с переходом металл-полупроводник или с управляющим переходом. Во второй группе транзисторы управляются изолированным затвором, с переходом металл-диэлектрик-полупроводник.

В полевом транзисторе первой группы с управляющим р-n- переходом затвор отделен от канала в электрическом отношении переходом, который смещается в обратном направлении. У подобного транзистора имеются два контакта к области с током носителей заряда, а также управляющие электронно-дырочные переходы, которые смещены в обратном направлении. По своему механизму работы полевой транзистор во многом схож с вакуумным триодом. Катод вакуумного триода аналогичен истоку полевого транзистора, сетка подобна затвору, а анод – току. Но при работе транзистора в отличие от триода подогрев катода не требуется.

В транзисторе с изолированным затвором затвор в электрическом отношении отделяется от канала диэлектриком. Подобный прибор относится ко второй группе транзисторов, у которых структура состоит из диэлектрика, металла и полупроводника, и часто называется МДП-транзистором. Транзистор с изолированным затвором различается по двум типам – со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В транзисторах со встроенным каналом имеется инверсный слой. Он представляет собой канал, соединяющий сток с истоком. Инверсный слой находится у поверхности полупроводника. В транзисторах с индуцированным каналом отсутствует канал, который соединяет исток и сток. И только при пороговом напряжении, т. е. при определенном значении напряжения на затворе относительно тока и при определенной полярности появляется ток стока.

Полевые транзисторы используются как усилители электрических сигналов в электронной аппаратуре.