МДП-транзистор с изолированным затвором. В качестве при­ме­­­ра пра­ктического использования эффекта поля рассмотрим при­­­ме­нение МДП (МОП)-структур для создания транзисторов и уп­­равляемых ин­тегральных резисторов. Напомним, что МДП-стру­­­­ктурой назы­ва­е­тся трех­слой­ная (металл-диэлектрик-полу­про­­­водник) структура, в ко­торой до­­с­тигается управление по­верх­но­с­­тной проводимостью по­лу­­про­вод­ника за счет энергии по­пе­ре­ч­­­ного внешнего электри­чес­ко­го по­ля. Таким образом, МДП-транзистор - это по­­лупроводниковый при­бор с уп­ра­в­ляемой внеш­ним напряжением по­­верхностной прово­ди­мостью. Фи­зи­чес­кая стру­­­­ктура МДП-тран­зистора с изолированным за­т­­во­­ром и его ус­­ловное гра­фи­чес­кое изображение на электрических схе­­мах изо­б­­ражены на рис. 4.19, а и б, соответственно.

Тран­зистор представляет собой кристалл кремния (например, p-ти­па), у поверхности которого методами диффузии или ионной им­­пла­н­­та­ции с применением фотолитографии формируются две об­ла­с­ти n-типа  проводимости. Одна из этих областей называется ис­­то­ком, другая - стоком, как показано на рис. 4.19, а. Сверху об­­­­ла­с­ти ис­тока и стока металлизируются (обычно алюминием). На гра­ни­­це ме­жду n- и p-областями возникают два p-n перехода - ис­то­ко­­вый и сто­ковый. Область кристалла между истоковым и сто­ко­вым p-n пе­ре­ходами называется каналом. Поверхность кри­с­талла в про­­ме­жу­т­ке меж­ду стоком и истоком защищается слоем оки­сла SiO₂ и также по­­крывается плен­кой металла. Этот эле­ктрод тран­зи­­стора на­зы­ва­ют за­т­вором. Обратная сторона кри­сталла  ме­тал­­­­лизи­ру­ет­ся и эле­кт­ри­чес­ки соединяется с эле­к­тро­дом истока.

На рис. 4.19, а приведена схема включения МДП-тран­зи­с­­тора в эле­к­трическую цепь. К затвору (з) подается плюс ис­то­ч­ни­ка на­пря­же­­ния U_зи, к стоку (с)- плюс источника напряжения U_си. Все на­пря­же­ния подаются относительно истока, со­е­ди­нен­ного с об­ра­т­ной сто­ро­ной кристалла.

Рассмотрим работу этого прибора. Если U_зи=0, то со­п­ро­­ти­в­­ле­ние канала между стоком и истоком очень велико, так как сто­­ко­вый p-n переход оказывается под об­ра­тным смещением.

Для того, чтобы канал (промежуток сток-исток) стал про­во­дя­щим, на электрод затвора подается положительное напряжение U_зи>0. В результате под затвором сначала образуется обедненная об­­­­ласть, а при величине U_зиU_о=2j_sm под затвором образуется ин­­­­­­вер­­­си­онная область, которая соединяет n-области истока и сто­ка про­­­­­водящим каналом. Такой проводящий канал называется ин­­­­ду­­­ци­ро­­ванным каналом. В некоторых типах МДП-транзисторов применяется встроенный ка­­­­нал, который воз­ни­ка­ет, когда концентрация электронов, поступивших из ди­­электрика, до­с­таточна для образования инверсионного слоя, су­­­ществующего да­­же при нулевом напряжении на затворе. На­­­­пря­же­ние U_о на­зы­ва­ет­­ся пороговым напряжением и в за­ви­си­мо­­с­ти от ви­­­да применяемого ди­­электрика для различных типов МДП-тра­н­­зисторов на основе кре­мния достигает величины 0,4...3,5 В.

Зависимость тока стока I_с в зависимости от напряжения на сто­­­­­­ке I_с=f(U_си) при различных напряжениях на затворе U_зи при­­­ве­­­дена на рис. 4.19, в. При небольших напряжениях U_си на эле­к­­т­ро­­де стока эта за­висимость, называемая выходной хара­к­те­рис­­ти­кой, является пра­к­ти­чески линейной. Однако при зна­чи­те­ль­­ном уве­личении по­ло­жи­тель­ного напряжения U_си сужается про­во­­­­дя­щий канал у сто­кового p-n пе­рехода. Сопротивление канала воз­­­­ра­стает, а за­ви­­симость I_c= f(U_си) ста­новится нелинейной - на­б­лю­­­да­ется эффект насыщения то­ка сто­ка. Величина тока на­сы­ще­ния  I_сн за­ви­сит от напряжения на за­творе: чем выше U_зи, тем ши­ре ка­­нал и тем больше ток на­сы­ще­ния.

Семейство графиков зависимости I_c=f(U_зи), называемой пере­да­­­­­то­чной характеристикой, при различных напряжениях на­сы­ще­­­ния сто­ка U_сн при­ведено на рис. 4.19, г. Видно, что при на­п­ря­­­же­ниях на за­­т­во­ре U_зи>U_o величина тока стока практически ли­­не­­й­но воз­ра­с­та­ет в некотором диапазоне значений напряжения U_зи, причем тем бы­с­т­рее, чем больше напряжение U_сн. Сле­до­ва­те­ль­­­­но, по­до­б­ную стру­к­ту­­ру мо­ж­но использовать для уси­ле­ния си­г­на­­­­лов, то есть на­п­ря­­же­ни­­ем на за­т­­во­ре (во входной цепи) можно уп­­­­ра­в­лять то­ком сто­ка, яв­­ляющимся то­ком, протекающим в выходной цепи.

Применение МДП-транзистора в ка­чес­т­­ве уп­рав­ляемого инте­г­­раль­ного резистора обусловлено зависимостью сопротивления ка­­­­­­на­ла от напряжения на затворе U_зи.