Обозначение полевого транзистора
Что такое полупроводниковые униполярные интегральные микросхемы?
Разновидности и режимы работы полевых транзисторов
Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака электронами или дырками , поэтому такие приборы часто включают в более широкий класс униполярных электронных приборов в отличие от биполярных. Идея полевого транзистора с изолированным затвором была предложена Лилиенфельдом в — годах. Однако объективные трудности в реализации этой конструкции позволили создать первый работающий прибор этого типа только в году. Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: На практике чаще всего применяется схема с ОИ, аналогичная схеме на биполярном транзисторе с ОЭ. Каскад с общим истоком даёт очень большое усиление тока и мощности. Схема с ОЗ аналогична схеме с ОБ. Она не даёт усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем он имеет ограниченное практическое применение в усилительной технике. По физической структуре и механизму работы полевые транзисторы условно делят на 2 группы. Первую образуют транзисторы с управляющим р-n переходом или переходом металл — полупроводник барьер Шоттки , вторую — транзисторы с управлением посредством изолированного электрода затвора , т. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом — это полевой транзистор, затвор которого изолирован то есть отделён в электрическом отношении от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении. Такой транзистор имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электронно-дырочных перехода, смещённых в обратном направлении см. При изменении обратного напряжения на p-n переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. Область, толщина и поперечное сечение которой управляется внешним напряжением на управляющем p-n переходе и по которой проходит управляемый ток основных носителей, называют каналом. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором. Электропроводность канала может быть как n-, так и p-типа. Поэтому по электропроводности канала различают полевые транзисторы с n-каналом и р-каналом. Все полярности напряжений смещения, подаваемых на электроды транзисторов с n- и с p-каналом, противоположны. Управление током стока, то есть током от внешнего относительно мощного источника питания в цепи нагрузки, происходит при изменении обратного напряжения на p-n переходе затвора или на двух p-n переходах одновременно. В связи с малостью обратных токов мощность, необходимая для управления током стока и потребляемая от источника сигнала в цепи затвора, оказывается ничтожно малой. Поэтому полевой транзистор может обеспечить усиление электромагнитных колебании как по мощности, так и по току и напряжению. Таким образом, полевой транзистор по принципу действия аналогичен вакуумному триоду. Исток в полевом транзисторе подобен катоду вакуумного триода, затвор — сетке, сток — аноду. Но при этом полевой транзистор существенно отличается от вакуумного триода. Во-первых, для работы полевого транзистора не требуется подогрева катода. Во-вторых, любую из функций истока и стока может выполнять каждый из этих электродов. В-третьих, полевые транзисторы могут быть сделаны как с n-каналом, так и с p-каналом, что позволяет удачно сочетать эти два типа полевых транзисторов в схемах. От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума особенно на низких частотах , так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделён от поверхности полупроводникового кристалла. Процессы рекомбинации носителей в p-n переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов. Полевой транзистор с изолированным затвором — это полевой транзистор, затвор которого отделён в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды — исток и сток. Расстояние между сильно легированными областями истока и стока может быть меньше микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем порядка 0,1 мкм диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO 2 , выращенный на поверхности кристалла кремния путём высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесён металлический электрод — затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП-транзисторами. Входное сопротивление МДП-транзисторов может достигать 10 10 …10 14 Ом у полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом 10 7 …10 9 , что является преимуществом при построении высокоточных устройств. В МДП-транзисторах с индуцированным каналом рис. В МДП-транзисторах со встроенным каналом рис. Поэтому сильнолегированные области под истоком и стоком, а также индуцированный и встроенный канал имеют электропроводность p-типа. Если же аналогичные транзисторы созданы на подложке с электропроводностью p-типа, то канал у них будет иметь электропроводность n-типа. При напряжении на затворе относительно истока, равном нулю, и при наличии напряжения на стоке, — ток стока оказывается ничтожно малым. Он представляет собой обратный ток p-n перехода между подложкой и сильнолегированной областью стока. При отрицательном потенциале на затворе для структуры, показанной на рис. При напряжениях на затворе, больших U ЗИпор , у поверхности полупроводника под затвором возникает инверсный слой, который и является каналом, соединяющим исток со стоком. Толщина и поперечное сечение канала будут изменяться с изменением напряжения на затворе, соответственно будет изменяться и ток стока, то есть ток в цепи нагрузки и относительно мощного источника питания. Так происходит управление током стока в полевом транзисторе с изолированным затвором и с индуцированным каналом. В связи с тем, что затвор отделён от подложки диэлектрическим слоем, ток в цепи затвора ничтожно мал, мала и мощность, потребляемая от источника сигнала в цепи затвора и необходимая для управления относительно большим током стока. Таким образом, МДП-транзистор с индуцированным каналом может производить усиление электромагнитных колебаний по напряжению и по мощности. Принцип усиления мощности в МДП-транзисторах можно рассматривать с точки зрения передачи носителями заряда энергии постоянного электрического поля энергии источника питания в выходной цепи переменному электрическому полю. В МДП-транзисторе до возникновения канала почти всё напряжение источника питания в цепи стока падало на полупроводнике между истоком и стоком, создавая относительно большую постоянную составляющую напряжённости электрического поля. Под действием напряжения на затворе в полупроводнике под затвором возникает канал, по которому от истока к стоку движутся носители заряда — дырки. Дырки, двигаясь по направлению постоянной составляющей электрического поля, разгоняются этим полем и их энергия увеличивается за счёт энергии источника питания, в цепи стока. Одновременно с возникновением канала и появлением в нём подвижных носителей заряда уменьшается напряжение на стоке, то есть мгновенное значение переменной составляющей электрического поля в канале направлено противоположно постоянной составляющей. Поэтому дырки тормозятся переменным электрическим полем, отдавая ему часть своей энергии. В связи с наличием встроенного канала в таком МДП-транзисторе при нулевом напряжении на затворе см. Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: Эта особенность МДП-транзисторов со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности рис. Статические характеристики передачи рис. Формулы расчёта в зависимости от напряжения U ЗИ. Пороговое значение напряжения МДП транзистора. Дальнейшее увеличение U 3 u приводит к переходу на пологий уровень. В структурах типа металл-нитрид-оксид-полупроводник МНОП диэлектрик под затвором выполняется двухслойным: Между слоями образуются ловушки электронов, которые при подаче на затвор МНОП-структуры положительного напряжения Образующиеся отрицательно заряженные ионы повышают пороговое напряжение, причём их заряд может храниться до нескольких лет при отсутствии питания, так как слой SiO 2 предотвращает утечку заряда. При подаче на затвор большого отрицательного напряжения 28…30 В , накопленный заряд рассасывается, что существенно уменьшает пороговое напряжение. Структуры типа металл-оксид-полупроводник МОП с плавающим затвором и лавинной инжекцией ЛИЗМОП имеют затвор, выполненный из поликристаллического кремния, изолированный от других частей структуры. Лавинный пробой p-n-перехода подложки и стока или истока, на которые подаётся высокое напряжение, позволяет электронам проникнуть через слой окисла на затвор, вследствие чего на нём появляется отрицательный заряд. Изолирующие свойства диэлектрика позволяют сохранять это заряд десятки лет. Удаление электрического заряда с затвора осуществляется с помощью ионизирующего ультрафиолетового облучения кварцевыми лампами, при этом фототок позволяет электронам рекомбинировать с дырками. В дальнейшем были разработаны структуры запоминающих полевых транзисторов с двойным затвором. Встроенный в диэлектрик затвор используется для хранения заряда, определяющего состояние прибора, а внешний обычный затвор, управляемый разнополярными импульсами для ввода или удаления заряда на встроенном внутреннем затворе. Так появились ячейки, а затем и микросхемы флэш-памяти, получившие в наши дни большую популярность и составившие заметную конкуренцию жестким дискам в компьютерах. Для реализации сверхбольших интегральных схем СБИС были созданы сверхминиатюрные полевые микротранзисторы. Они делаются с применением нанотехнологий с геометрическим разрешением менее нм. У таких приборов толщина подзатворного диэлектрика доходит до нескольких атомных слоев. Используются различные, в том числе трехзатворные структуры. Приборы работают в микромощном режиме. В современных микропроцессорах корпорации Intel число приборов составляет от десятков миллионов до 2 миллиардов. Новейшие полевые микротранзисторы выполняются на напряженном кремнии, имеют металлический затвор и используют новый запатентованный материал для подзатворного диэлектрика на основе соединений гафния. В последние четверть века бурное развитие получили мощные полевые транзисторы, в основном МДП-типа. Они состоят из множества маломощных структур или из структур с разветвлённой конфигурацией затвора. Это открыло область разработки мощных ключевых импульсных полевых транзисторов со специальными структурами, имеющих высокие рабочие напряжения и токи раздельно до — В и А. Такие приборы нередко управляются малыми до 5 В напряжениями, имеют малое сопротивление в открытом состоянии до 0,01 Ом у сильноточных приборов, высокую крутизну и малые в единицы-десятки нс времена переключения. У них отсутствует явление накопления носителей в структуре и явление насыщения, присушее биполярным транзисторам. Благодаря этому мощные полевые транзисторы успешно вытесняют мощные биполярные транзисторы в области силовой электроники малой и средней мощности. За рубежом в последние десятилетия стремительно развивается технология транзисторов на высокоподвижных электронах ТВПЭ , которые широко используются в СВЧ устройствах связи и радионаблюдения. В основе действия ТВПЭ лежит управление каналом с помощью двумерного электронного газа, область которого создаётся под контактом затвора благодаря применению гетероперехода и очень тонкого диэлектрического слоя — спейсера. Значительная часть производимых в настоящий момент полевых транзисторов входит в состав КМОП-структур, которые строятся из полевых транзисторов с каналами разного p- и n- типа проводимости и широко используются в цифровых и аналоговых интегральных схемах. За счёт того, что полевые транзисторы управляются полем величиной напряжения приложенного к затвору , а не током, протекающим через базу как в биполярных транзисторах , полевые транзисторы потребляют значительно меньше энергии, что особенно актуально в схемах ждущих и следящих устройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения реализация спящих режимов. За счёт применения КМОП-структур эти устройства могут работать до нескольких лет, потому что практически не потребляют энергии. Грандиозными темпами развиваются области применения мощных полевых транзисторов. Их применение в радиопередающих устройствах позволяет получить повышенную чистоту спектра излучаемых радиосигналов, уменьшить уровень помех и повысить надёжность радиопередатчиков. В силовой электронике ключевые мощные полевые транзисторы успешно заменяют и вытесняют мощные биполярные транзисторы. В силовых преобразователях они позволяют на порядка повысить частоту преобразования и резко уменьшить габариты и массу энергетических преобразователей. В устройствах большой мощности используются биполярные транзисторы с полевым управлением IGBT успешно вытесняющие тиристоры. В усилителях мощности звуковых частот высшего класса HiFi и HiEnd мощные полевые транзисторы успешно заменяют мощные электронные лампы, обладающие малыми нелинейными и динамическими искажениями. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом. Устройство полевого транзистора с изолированным затвором. Выходные статические характеристики a и статические характеристики передачи b МДП-транзистора со встроенным каналом. В данной схеме в качестве нелинейного элемента используется МДП транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Радио и связь, Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. Semiconductor Physical Electronics Second Edition. Введение 1 История создания полевых транзисторов 2 Схемы включения полевых транзисторов 3 Классификация полевых транзисторов 3. История создания полевых транзисторов Идея полевого транзистора с изолированным затвором была предложена Лилиенфельдом в — годах. Схемы включения полевых транзисторов Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: Классификация полевых транзисторов По физической структуре и механизму работы полевые транзисторы условно делят на 2 группы. Транзисторы с управляющим p-n переходом Рис. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом Полевой транзистор с управляющим p-n переходом — это полевой транзистор, затвор которого изолирован то есть отделён в электрическом отношении от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении. Транзисторы с изолированным затвором МДП-транзисторы Рис. Существуют две разновидности МДП-транзисторов: МДП-транзисторы с индуцированным каналом При напряжении на затворе относительно истока, равном нулю, и при наличии напряжения на стоке, — ток стока оказывается ничтожно малым. МДП-транзисторы со встроенным каналом Рис. Формулы расчёта в зависимости от напряжения U ЗИ 1. Транзистор закрыт Пороговое значение напряжения МДП транзистора 2. МДП-структуры специального назначения В структурах типа металл-нитрид-оксид-полупроводник МНОП диэлектрик под затвором выполняется двухслойным: Области применения полевых транзисторов Значительная часть производимых в настоящий момент полевых транзисторов входит в состав КМОП-структур, которые строятся из полевых транзисторов с каналами разного p- и n- типа проводимости и широко используются в цифровых и аналоговых интегральных схемах. Графеновый полевой транзистор , Транзистор , Однопереходный транзистор , Одноэлектронный транзистор , Составной транзистор , Тонкоплёночный транзистор , КМОП-транзистор , Биполярный транзистор , Транзистор с плавающим затвором. Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.
Portugal the man feel it steel текст
Jquery событие resize
Толкование карт крести
Приказ минтруда 45н от 16.02 2009
Как вырастить тайское манго из косточки
Как делают мягкую приборную панель на заводах
Дизель генераторная схема
Образец отчета оценки квартиры
Актуальность реконструкции зданий
Ютуб косметика каталог фаберлик 10 2017
Немеют пальцы рук во сне причины
Схема кроватки для кукол
Состав стекла для посуды
Трудовой договор с двумя учредителями ооо образец
Способы оплаты посылки