Бочаров Л. Н. Полевые транзисторы. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1984. — 80 с, ил. (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1075).



Описаны устройство, принцип действия, основные характеристики и параметры полевых транзисторов отечественного производства. Рассмотрены вопросы, связанные с работой этих приборов в различных радиоэлектронных устройствах. Приведены таблицы параметров и усредненные статические характеристики основных типов полевых транзисторов, а также методика расчета различных элементов схем с числовыми примерами. Первое издание вышло в 1976 г. Настоящее издание дополнено сведениями о полевых транзисторах, освоенных промышленностью за истекший период. Для подготовленных радиолюбителей.
Полевым транзистором называют полупроводниковый прибор, работа которого обусловлена потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и управляемым электрическим полем. Полевые транзисторы имеют ряд преимуществ перед биполярными транзисторами и электронными лампами. Эти полупроводниковые приборы в виде дискретных элементов и в составе интегральных микросхем находят широкое применение в различных радиолюбительских конструкциях. Предлагаемая читателям книга «Полевые транзисторы» является вторым исправленным и дополненным изданием книги того же названия («Энергия», 1976 г.). Здесь в доступной для радиолюбителей форме изложены краткие сведения из физики полупроводников, рассмотрены устройство и принцип действия полевых транзисторов, приведены их основные параметры и характеристики, даны рекомендации по практическому использованию полевых транзисторов в некоторых устройствах. Второе издание книги дополнено сведениями о полевых транзисторах, освоенных отечественной промышленностью за период с 1976 г., и сведениями об использовании полевых транзисторов в интегральных микросхемах. В остальной материал внесены исправления и уточнения в соответствии с современными представлениями о полевых транзисторах. Разумеется, что в небольшом объеме книги невозможно строго и полно рассмотреть все вопросы теории и применения полевых транзисторов. Поэтому автор вполне сознательно допускает ряд упрощений и сокращений, рассматривая только наиболее важные вопросы. Полупроводниковые вещества, используемые для создания транзисторов, имеют кристаллическую структуру. К таким веществам относятся четырехвалентные элементы: германий Ge, кремний Si, селен Se и некоторые химические соединения типа AmBv, AuBvi, где римскими цифрами указаны валентности химических элементов молекул сложных полупроводников (например, у арсенида галлия GaAs—Gain; Asv). Как известно, всякий кристалл характеризуется закономерным расположением взаимно связанных атомов или молекул, образующих так называемую кристаллическую решетку. На рис. 1,а идеальнаякристаллическая решетка четырехвалентного элемента, обладающего полупроводниковыми свойствами, изображена в виде плоской (двумерной) модели. В таком кристалле каждый атом имеет четыре парноэлектронных, или ковалентных связей с четырьмя ближайшими атомами. Стрелки на рисунке символизируют собой общие валентные электроны соседних атомов. Таким образом, при образовании идеальной кристаллической решетки четыре валентных электрона каждого атома участвуют в создании единой структуры кристалла. Полупроводники, которые не содержат чужеродных атомов, называются беспримесными или собственными полупроводниками.
Чтобы в подобном кристалле мог протекать электрический ток, нужны свободные носители электрических зарядов, например электроны, потерявшие не-ягосредственную связь с атомами. Для отрыва валентного электрона необходимо затратить определенную энергию, зависящую от силы связи электрона с атомом кристалла. Для различных полупроводников эта энергия оказывается различной. На энергетической (зонной) модели вещества она равна ширине так называемой запрещенной зоны, разделяющей валентную зону от расположенной выше зоны проводимости. Переброс электронов из валентной зоны в зону шроводимости, т. е. освобождение их от связи с атомами, может происходить за счет тепла, воздействия сильного электрического поля, облучения и т. п. Притемпературе, близкой к абсолютному нулю, хаотические колебательные кия атомов незначительны, но с увеличением температуры они становятся более интенсивными, что создает условия для разрывов отдельных валентных связей и появления в кристалле электронов проводимости. Эти электроны способны относительно свободно перемещаться в пространстве между атома-ми кристалла и участвовать в создании электрического тока. Количество электронов проводимости в единице объема называют концентрацией и обозначают п. С увеличением температуры концентрация электронов проводимости в собственном полупроводнике возрастает примерно по экспоненциальному закону.
Но электропроводность полупроводникового вещества создается не только электронами проводимости. При отрыве одного электрона, входящего в систему парноэлектронной связи двух соседних атомов, у них нарушается электрическая нейтральность, что эквивалентно появлению элементарного положительного заряда на месте разрушенной связи. Но место ушедшего валентного электрона может занять общий валентный электрон любых других атомов, тогда элементарный положительный заряд появится около этих атомов и т. д. (рис. 1,6). Этот, перемещающийся от атома к атому подвижный положительный элементарный заряд, образующийся в кристалле на месте разрушенной валентной связи, получил название дырки. Дырку (условно) можно рассматривать как частицу, являющуюся подвижным носителем элементарного положительного заряда е=1,6-10-19 Кл, способного участвовать в создании электрического тока в полупроводнике. В собственном полупроводнике число электронов проводимости и дырок, возникающих в результате разрушения валентных связей, оказывается одинаковым, поэтомуПроцесс образования в полупроводнике пар «электрон — дырка» называется генерацией. Если электрон проводимости и дырка образуются под действием теплового движения атома, то такой процесс называют термогенерацией. В кристалле одновременно протекает и обратный процесс — рекомбинация, когда электрон проводимости, встречаясь с дыркой, восстанавливает разрушенную валентную связь. При этом происходит исчезновение дырки, а электрон проводимости снова становится валентным. В стационарном состоянии оба процесса уравновешиваются. Таким образом, возникнув в процессе генерации, каждый из подвижных носителей существует («живет») в кристалле в течение некоторого промежутка времени.