Применение полевых транзисторов: ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ — Мир Антенн

Содержание

Применение полевого транзистора | Электронщик

Полевые транзисторы используют как аналоговые выключатели. Применение их как выключателей в аналоговых схемах является прямым следствием их способа работы. Это обусловлено тем обстоятельством, что когда напряжение на затворе-источнике, VGS равно нулю, n-канал транзистора будет работать в области насыщения и будет действовать почти как небольшая схема.

Таким образом, напряжение на выходе будет равно нулю (Рисунок 1). С другой стороны, если отрицательное напряжение находится между выводами затвора и источника i.e., если VGS отрицательно, то транзистор работает в области выключения или в области отсечки.

Это означает, что в данном случае полевой транзистор действует как открытая схема и ток стока, ID будет равен нулю. Вследствие этого, напряжение через загрузочное сопротивление RD будет равно нулю, что порождает то обстоятельство, что VDD похоже на V0.

Рисунок 1 Полевой транзистор как аналоговый выключатель

Это свойство вести себя как выключатель может быть использовано для проектирования аналогового мультиплексора, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 n-к-1 Мультиплексор, использующий полевые транзисторы.

Тут каждый из сигналов на входе (сигнал 1, сигнал 2, … сигнал n) проходит через выделенный полевой транзистор с управляющим p-n-переходом (T1, T2, … Tn) перед контактом с выводом выхода, V0. Тут лишь один сигнал среди множества сигналов на входе возникает на выводе выхода, в зависимости от напряжения VGS на выводах затвора.

К примеру, если VGS2 отрицательное, в то время как все остальные VGS равны нулю, то сигнал на выходе будет Сигналом 2. Более того, способность к выключению у биполярных транзисторов с изолированным затвором используется в двигателе внутреннего сгорания, а именно в обмотках, ответственных за возгорание, которые требуют быстрого выключения и возможностей блокировки напряжения.

Усилители

Переход в полевых транзисторах используется на стадии усиления. Он изолирует предыдущую стадию от следующей стадии и, таким образом, действует как буферные усилители (Рисунок 3). Это обусловлено тем, что такие транзисторы имеют очень высокое полное сопротивление на входе, в силу чего предыдущая стадия будет слегка загружена, вызывая полный выход Стадии 1, возникая на входе буфера.

Можно сделать так, что весь выход буфера будет возникать на входе в Стадии 2, используя данные транзисторы в конфигурации общего стока, благодаря низкому полному сопротивлению на выходе. Это даже значит, что буферные усилители способны к управлению большими нагрузками или сопротивлениями с небольшой нагрузкой.

Рисунок 3 Полевой транзистор как буферный усилитель

Полевые транзисторы являются устройствами, которые издают мало шума, по крайней мере, если сравнивать их с биполярными плоскостными транзисторами. Это делает их полезными компонентами для использования в качестве усилителя на приёмниках с внешним интерфейсом, ведь они нуждаются в минимальном уровне шума на выходе в итоге.

Стоит также отметить, что полевые транзисторы являются устройствами с контролируемым напряжением, что делает их идеальными для использования в качестве усилителей для радио частот. Причина этого в том, что за исключением усилителя для радио частот откликаются достаточно хорошо, даже когда антенны в конце приёмника принимают недельные сигналы (сигналы с очень низким током).

Полевой транзистор как усилитель в конфигурации общего источника может быть использован для управления другим полевым транзистором (усилителем) в конфигурации общего затвора, формируя каскадный усилитель, как показано на рисунке 4.

Хотя коэффициент усиления каскадного усилителя такой же, как и у усилителя в конфигурации с общим источником, его ёмкостное сопротивление на входе весьма низкое, если сравнивать с ним же у усилителя в конфигурации с общим источником. Более того, каскадный усилитель даёт очень высокое сопротивление на входе.

Генератор с фазовращателем

Полевой транзистор даёт высокое полное сопротивление на своих выводах входа, которое уменьшает эффект нагрузки. Также они могут использоваться как для усиления, так и для функций обратной связи. Эта особенность полевых транзисторов делает их подходящими для использования в схемах генераторов с фазовращателем, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5 Полевой транзистор как генератор с фазовращателем

Модулятор

Полевой транзистор, действующий как выключатель, может быть использован как модулятор (Рисунок 6), где напряжение постоянного тока, VDS преобразуется в напряжение переменного тока с таким же уровнем амплитуды, VAC. Это вытекает из того, что квадратная форма волны напряжения используется как VGS, в результате чего транзистор действует в области выключения и в области насыщения, попеременно. Такие схемы модулятора помогают преодолеть проблему смещения, которая существует в случае усилителей с непосредственной связью.

Рисунок 6 Полевой транзистор как модулятор

Ограничитель тока

N-канальный полевой транзистор, чей терминал затвора укорочен вместе с выводом источника, действует как ограничитель тока. Это означает, что в этом размещении, полевой транзистор даёт току проходить через них, чтобы достигнуть только определённого уровня, после чего, он становится удерживаемой постоянной, безотносительной к колебаниям уровня напряжения. Эти ограничители тока из интегральной части не изменяющегося постоянного тока или стабилизирующих диодов.

Рисунок 6 Полевой транзистор как ограничитель тока

Полевые транзисторы широко используются в интегрированных схемах из-за их компактного размера. Они используются в схемах микшеров для телевизоров и радиоприемников из-за низких модуляционных искажений. Более того, полевые транзисторы также применяют в резисторах с переменным напряжением в операционных усилителях, схемах контроля звука, ведь они обеспечивают большую изоляцию между их выводами затвора и стока. Полевые транзисторы применяются в таких областях как цифровая электроника и оптоволоконные системы.

Пора подвести итоги: полевой транзистор может использоваться как аналоговый выключатель, как усилитель, как генератор с фазовращателем, как модулятор и как ограничитель тока. Каждый вариант имеет свои особенности, делающие его действительно значимым.

Вряд ли можно переоценить роль полевого транзистора в повседневной жизни. Все перечисленные пять способов его применения имеют очень существенное значение в наши дни. Сложно выделить какое-то наиболее значимое использование среди названных, ведь каждое может оказаться где-то просто незаменимым.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось — это поможет развитию канала

Преимущества и недостатки, а так же области применения Полевых Транзисторов

Основными преимуществами ПТ с управляющим переходом перед биполярными транзисторами являются

высокое входное сопротивление,
малые шумы (обусловлены тем, что носители заряда не пересекают p-n переходов, как в биполярных транзисторах, а двигаются вдоль них),
простота изготовления,
малое значение остаточного напряжения между истоком и стоком открытого транзистора. Так как в ПТ ток через канал вызван перемещением основных носителей, концентрация которых определяется преимущественно количеством примеси и поэтому мало зависит от температуры, то ПТ более температуростабильны.
ПТ обладают более высокой стойкостью к ионизирующим излучениям.

При изготовлении интегральных схем и микропроцессоров часто на одном чипе изготавливаются и используются ПТ как с p-, так и с n-каналами. В этом случае транзисторы и схемы называются комплементарными, дополняющими друг друга. Такая технология получила широчайшее распространение при изготовлении микросхем с высокой степенью интеграции.Отметим, что мощность сигнала, необходимая для управления ПТ во много раз меньше, чем мощность для управления биполярным транзистором. По этой причине ПТ широко используются при изготовлении интегральных схем и микропроцессоров. Такие схемы с ПТ имеют малую потребляемую мощность, в их состав можно включать увеличенное число транзисторов. Появление мощных ПТ (30 А и более) позволяет заменить биполярные транзисторы во многих применениях, зачастую получая более простые схемы с улучшенными параметрами.

Недостаток многих полевых транзисторов – невысокая крутизна переходной характеристики, а, следовательно, и малый коэффициент усиления схем на ПТ. Кроме этого, по быстродействию и, соответственно, по частотным свойствам ПТ, как правило, не имеют преимуществ перед биполярными транзисторами. При работе с МОП транзисторами следует принимать меры предосторожности для предотвращения пробоя тонкого слоя диэлектрика между затвором и каналом под действием статического электрических зарядов, которые могут возникнуть на изолированном затворе. Такие статические заряды могут возникнуть даже при касании его рукой. Необходимо, чтобы при транспортировке и монтаже электроды у транзисторов были замкнуты накоротко. Эти замыкающие проводники удаляют только по окончании монтажа, когда выводы транзистора уже впаяны в схему. При пайке МОП транзистора следует заземлять паяльник, приборы и самого монтажника.

Обзор областей применения ПТ. При анализе возможных областей применения ПТ необходимо сравнивать характеристики транзисторов. В каких-то задачах себя лучше показали ПТ, в каких-то – биполярные транзисторы.

Схемы с высоким входным сопротивлением (слаботочные). Сюда относятся буферные или обычные усилители для тех применений, где ток базы или конечное полное входное сопротивление биполярных транзисторов ограничивает их характеристики. Можно построить такие схемы на отдельно взятых ПТ, однако сегодняшняя практика отдает предпочтение использованию интегральных схем, построенных на ПТ. В некоторых из них ПТ используются только в качестве высокоомного входного каскада, а вся другая схема построена на биполярных транзисторах, в других вся схема построена на ПТ.
Аналоговые ключи. МОП-транзисторы являются отличными аналоговыми ключами, управляемыми напряжением. По своим качествам такие ключи гораздо лучше ключей на биполярных транзисторах.
Цифровые микросхемы. МОП-транзисторы доминируют при построении микропроцессоров, схем памяти и большинства высококачественных цифровых логических схем.
Микромощные логические схемы изготавливаются исключительно на МОП-транзисторах.
Мощные переключатели. Мощные МОП-транзисторы часто бывают предпочтительнее биполярных транзисторов для переключения нагрузок, в первую очередь из-за того, что в ПТ практически отсутствует входной ток и мощность управляющих сигналов чрезвычайно мала. Отличные результаты дает использование мощных ключей, построенных на комбинации биполярных и полевых транзисторов.
Переменные резисторы и источники тока. В линейной области стоковых характеристик ПТ ведут себя подобно резисторам, управляемым напряжением, в области насыщения они являются управляемыми напряжением источниками тока.

Полевой транзистор — это… Что такое Полевой транзистор?

Полевой транзистор (англ. field-effect transistor, FET) — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия

перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом.

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).

История создания полевых транзисторов

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 29 мая 2012.

Идея полевого транзистора с изолированным затвором была предложена Лилиенфельдом в 1926—1928 годах. Однако объективные трудности в реализации этой конструкции позволили создать первый работающий прибор этого типа только в 1960 году. В 1953 году Дейки и Росс предложили и реализовали другую конструкцию полевого транзистора — с управляющим p-n-переходом.

Наконец, третья конструкция полевых транзисторов — полевых транзисторов с барьером Шоттки — была предложена и реализована Мидом (англ.)русск. в 1966 году. Затем в 1977 году ученый Джеймс МакКаллахем из Bell Labs установил, что использование полевых транзисторов может существенно увеличить производительность существующих вычислительных систем.

Схемы включения полевых транзисторов

Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

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.

Классификация полевых транзисторов

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. н. транзисторы МДП (металл — диэлектрик — полупроводник).

Транзисторы с управляющим p-n переходом

Рис. 1. 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.

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. рис. 1). 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 (Source). Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком (Drain). Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором (Gate).

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 колебаний 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: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем. 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.

Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)

Рис. 2. Устройство полевого транзистора с изолированным затвором.

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 SiO₂, 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 10¹⁰…10¹⁴ Ом (у полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом 10⁷…10⁹), что является преимуществом при построении высокоточных устройств.

Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом.

В МДП-транзисторах с индуцированным каналом (рис. 2, а) проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока отсутствует и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определённой полярности и при определённом значении напряжения на затворе относительно истока, которое называют пороговым напряжением (U_ЗИпор).

В МДП-транзисторах со встроенным каналом (рис. 2, б) у поверхности полупроводника под затвором при нулевом напряжении на затворе относительно истока существует инверсный слой — канал, который соединяет исток со стоком.

Изображённые на рис. 2 структуры полевых транзисторов с изолированным затвором имеют подложку с электропроводностью n-типа. 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.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом

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. 2, а) в результате проникновения электрического поля через диэлектрический слой в полупроводник при малых напряжениях на затворе (меньших U_ЗИпор) у поверхности полупроводника под затвором возникает обеднённый основными носителями слой эффект поля и область объёмного заряда, состоящая из ионизированных нескомпенсированных примесных атомов. 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.

МДП-транзисторы со встроенным каналом

Рис. 3. 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.

В связи с наличием встроенного канала в таком МДП-транзисторе при нулевом напряжении на затворе (см. рис. 2, б) поперечное сечение и проводимость канала будут изменяться при изменении напряжения на затворе как отрицательной, так и положительной полярности. Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: в режиме обогащения и в режиме обеднения канала носителями заряда. Эта особенность МДП-транзисторов со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности (рис. 3).

Статические характеристики передачи (рис. 3, b) выходят из точки на оси абсцисс, соответствующей напряжению отсечки U_ЗИотс, то есть напряжению между затвором и истоком МДП-транзистора со встроенным каналом, работающего в режиме обеднения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения.

Формулы расчёта в зависимости от напряжения U_ЗИ

1. Транзистор закрыт

Пороговое значение напряжения МДП транзистора

2. Параболический участок.

-удельная крутизна передаточной характеристики транзистора.

3. Дальнейшее увеличение приводит к переходу на пологий уровень.

— Уравнение Ховстайна.

МДП-структуры специального назначения

В структурах типа металл-нитрид-оксид-полупроводник (МНОП) диэлектрик под затвором выполняется двухслойным: слой оксида SiO₂ и толстый слой нитрида Si₃N₄. Между слоями образуются ловушки электронов, которые при подаче на затвор МНОП-структуры положительного напряжения (28..30 В) захватывают туннелирующие через тонкий слой SiO₂ электроны. Образующиеся отрицательно заряженные ионы повышают пороговое напряжение, причём их заряд может храниться до нескольких лет при отсутствии питания, так как слой SiO₂ 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 этот 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 100 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.^[1]

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. Такие ВЧ и СВЧ приборы впервые были созданы в СССР специалистами НИИ «Пульсар» Бачуриным В. В. (кремниевые приборы) и Ваксембургом В. Я. (арсенид-галлиевые приборы) Исследование их импульсных свойств было выполнено научной школой проф. Дьяконова В. П. (Смоленский филиал МЭИ). Это открыло область разработки мощных ключевых (импульсных) полевых транзисторов со специальными структурами, имеющих высокие рабочие напряжения и токи (раздельно до 500—1000 В и 50-100 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, присущее биполярным транзисторам. Благодаря этому мощные полевые транзисторы успешно вытесняют мощные биполярные транзисторы в области силовой электроники малой и средней мощности.^[2]^[3]

За рубежом в последние десятилетия стремительно развивается технология транзисторов на высокоподвижных электронах (ТВПЭ), которые широко используются в СВЧ устройствах связи и радионаблюдения. На основе ТВПЭ создаются как гибридные, так и монолитные микроволновые интегральные схемы (англ.)). 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. ^[4]

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.

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).

Выдающиеся примеры устройств, построенных на полевых транзисторах, — наручные кварцевые часы и пульт дистанционного управления для телевизора. 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 1-2 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, так как обладают малыми нелинейными и динамическими искажениями.

См. также

Ссылки

Примечания

↑ Дьяконов В. П. Intel. Новейшие информационные технологии. Достижения и люди. М.: СОЛОН-Пресс.- 2004.- 416 с.
↑ Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Справочник. В. В. Бачурин, В. Я. Ваксембург, В. П. Дьяконов и др.; Под ред. В. П. Дьяконова.- М.: Радио и связь, 1994.- 280 с.
↑ Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. Дьяконов В. П., Максимчук А. А., Ремнев А. М., Смердов В. Ю.; Под ред. проф. В. П. Дьяконова.- М.: СОЛОН-Р, 2002.- 512 с.
↑ Semiconductor Physical Electronics (Second Edition). Sheng S. Li.- Springer, 2006.- 708 p. ISBN 0-387-28893-7 ISBN 978-0387-28893-2

Полевые транзисторы

История создания и реализации полевых транзисторов

Первый полевой транзистор был изобретен Юлий Эдгаром Лилиенфельдом – австро-венгерским ученым-физиком, посвятившим большую часть жизни изучению транзисторного эффекта. Случилось это в 1928 году, однако первая технология изготовления транзисторов не позволяла физически реализовать этот радиоэлемент в промышленности. Первый работающий полевой транзистор с изолированным затвором, согласно трудам Лилиенфельда, произвели в США лишь в 1960 году. За 7 лет до этого была предложена другая технология изготовления полевого транзистора на базе управляющего p-n перехода (МОП транзистор). На основе трудов Вальтера Шоттки в 1966 году американский инженер Карвер Андресс Мид предложил новый тип транзисторов с использованием барьера Шоттки. В 1977 году было установлено, что применение полевых транзисторов в вычислительной технике значительно повышает расчетные мощности электронных устройств, что положило начало разработок компьютерных процессоров и логических микросхем на основе полевого транзистора. Более корректным названием полевого транзистора является униполярный транзистор (управляемый одним электрическим полем), однако в народе это название не прижилось.

Физические основы работы полевого транзистора

Полевым (униполярным) транзистором называют электронное устройство, в основе которого лежит принцип использования зарядов только одного знака, т.е. электронов или дырок. Управление током в полевых транзисторах осуществляется изменением проводимости канала под действием электрического поля, а не потенциала напряжения, что является основным отличием полевого транзистора от биполярного. По способу создания канала различают полевые транзисторы с p-n переходом, встроенным каналом и индуцированным каналом. Транзисторы с встроенным и индуцированным каналом так же относятся к разновидности МДП транзисторов.

Устройство полевого транзистораа – с p-n переходом; б – с изолированным затвором и встроенным каналом; в – с изолированным затвором и индуцированным каналом.

Работа полевых транзисторов основана на движении основных носителей в полупроводнике.

Полевой транзистор с p-n переходом.

Данный транзистор состоит из основного канала полупроводника n-типа, изготовленного из пластины кремния с омическими выводами с каждого конца. Канал образован методом диффузии (введением легированного материала) и образует тончайший слой с дырочной проводимостью. Канал заключен между двумя электродами p-типа, соединенными между собой. Таким образом, n-канал образует два p-n перехода, расположенных параллельно направлению тока. Вывод, через который поступают носителя заряда, называют истоком (И), а электрод, откуда заряд вытекает – стоком (С). Оба p-слоя электрически связаны между собой и имеют внешний электрод, называемый затвором (З). Существуют два типа канала. Положительный заряд протекает через канал с p проводимостью, а отрицательный заряд проходит через канал с n проводимостью. На рисунке ниже представлен полевой канал с отрицательной проводимостью, управляемый полем положительной полярности. В данном случае через канал от истока к стоку передвигаются электроны. Подобную конструкцию имеют и полевые транзисторы с каналом p типа.

Управляющее или входное напряжение (Uзи) подается между затвором и истоком. Это напряжение для обоих p-n переходов является обратным. В выходную цепь, в которую так же входит канал транзистора, подключается напряжение Uси положительным полюсом к стоку.

Способность управления транзистором объясняется тем фактором, что при изменении напряжения Uзи будет изменяться ширина p-n переходов, которые представляют собой участки в полупроводнике, которые обеднены носителями заряда. Так как p-слой c меньшим сопротивлением имеет большую концентрацию примесей по сравнению с n-слоем, то управление изменением ширина канала происходит за счет более высокоомного n-слоя. При этом изменяется сечение, и проводимость токопроводящего канала (Ic – ток стока) от истока к стоку.

Особенность работы полевого транзистора заключается во влиянии напряжения Uзи и Uси на проводимость канала. Влияние подводимых напряжений отображает рисунок ниже.

На рисунке:

А) напряжение прикладывается только к входной управляющей цепи. Изменение Uзи управляет сечением канала по всей ширине, однако, выходной ток Ic=0 из-за отсутствия напряжения Uси.

Б) Присутствует только напряжение канала, управляющее напряжение отсутствует и начинает протекать ток Ic. Создается падение напряжения на стоковом электроде, в результате пропускная способность канала сужается и при некотором значении границы p-n переходов смыкаются. Повышается внутреннее сопротивление канала и ток Ic далее не способен проходить.

В) В этом варианте на рисунке показано суммарное значение напряжений, когда канал напряжения Uси заперт малым управляющим напряжением Uзи. При подаче этого напряжения происходит расширение n области и начинает протекать ток Ic.

Полевой транзистор с изолированным затвором (МДП и МОП)

В этих транзисторах затворный электрод отделен от канала тонким изолирующим слоем из окиси кремния. Отсюда другое название этих транзисторов – МОП-транзисторы (структура металл – окисел — полупроводник). Наличие диэлектрика обеспечивает высокое входное сопротивление рассматриваемых транзисторов. Проникновения управляющего поля в канал не затруднено, но ток затвора сильно уменьшается и не зависит от полярности приложенного напряжения к затвору. МДП-транзисторы (структура металл – диэлектрик — полупроводник) выполняют из кремния. Принцип действия МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля.

Каналы полевых МДП транзисторов могут быть обедненного (б — встроенный канал) и обогащенного типа (в — индуцированный канал), (см. рисунок устройства полевого транзистора).

— По встроенному каналу течет ток Iс при отсутствии напряжения Uзи. Его значением можно управлять в сторону уменьшения, подав положительное напряжение Uзи, если транзистор с p-каналом и отрицательное напряжение, если транзистор с n-каналом. Другими словами – закрыть транзистор управляющим обратным напряжением.

— В индуцированном канале, если отсутствует напряжение Uзи ток между стоком и истоком очень мал. При подаче управляющего напряжения ток Iси увеличивается.

Итак, управляющее напряжение при его подаче на затвор транзистора с встроенным каналом – закрывает транзистор, в индукционном канале — открывает транзистор.

Вольт — амперная и сток — затворная характеристики полевого транзистора

ВАХ полевого транзистора определяет его выходные (стоковые) характеристики, а так же содержит информацию о его свойствах в различных режимах работы. Кроме того ВАХ отображает связь параметров между собой. По графику можно определить некоторые параметры, не документированные в описании к транзистору, произвести расчеты уровня напряжения цепей смещения (Uзи), стабилизацию режима, а так же дать оценку работы полевого транзистора в широком диапазоне токов и напряжений.

На рисунке слева показан пример стоковой характеристики полевого транзистора с p-n переходом и каналом p-типа при различных фиксированных управляющих напряжениях Uзи. Графики отображают зависимость тока стока (Ic) от напряжения сток – исток (Uси). На каждой из этих кривых присутствуют 3 характерные области:

1. Сильная зависимость тока Ic от напряжения Uси (участок до штрих — пунктирной линии). Эта часть определяет период насыщения канала до напряжения Uси нас, при котором транзистор переходит в закрытое (открытое) состояние. Чем выше управляющее напряжение смещения Uзи, тем раньше закроется (откроется) полевой транзистор.

2. Слабая зависимость тока Ic, когда канал насыщается до своего максимального значения и переходит в постоянно закрытое (открытое) состояние.

3. В момент, когда напряжение Uси превышает предельно допустимое для полевого транзистора, наступает необратимый электрический пробой p-n перехода. Полевой транзистор при этом выходит из строя.

Сток-затворная характеристика показывает зависимость Ic от напряжения между затвором и истоком.

Напряжение на затворе, при котором ток стока стремится к нулю, является очень важной характеристикой полевого транзистора. Оно соответствует напряжению запирания прибора по цепи затвора и называется напряжением запирания или напряжением отсечки.

Условные графические изображения полевых транзисторов в электрических схемах выглядят следующим образом.

Где полевой транзистор:

а – с p-n переходом и p-каналом;

б — с p-n переходом и n-каналом;

в – со встроенным p-каналом обедненного типа;

г – со встроенным n-каналом обедненного типа;

д – с индуцированным p-каналом обогащенного типа;

е – с индуцированным n-каналом обогащенного типа;

ж – p-типа (в) и выводом от подложки;

з – p-типа (д) и выводом от подложки

Европейское обозначение контактов: gate – затвор, drain – сток, source – исток, tab – подложка (зачастую в неизолированных транзисторах является стоком).

Основные технические характеристики полевого транзистора

Современные полевые транзисторы характеризуются основными характеристиками, температурными характеристиками и электрическими характеристиками при температуре до +25 градусов на подложке (истоке). Кроме того, существуют статические и динамические характеристики полевых транзисторов, определяющие максимальные показатели при их применении в частотных сигналах. На частотные характеристики следует обращать особое внимание при использовании транзисторов в генераторах, модуляторах, импульсных блоках питания, современных цифровых усилителях класса D и выше. Частотные свойства определяются постоянной времени RC-цепи затвора, определяющей скорость запирания / отпирания канала. У полевых транзисторов с изолированным затвором (МОП и МДП) входная емкость значительно меньше полевых транзисторов с p-n переходом, что дает возможность применять их в высокочастотной аппаратуре.

К основным характеристикам полевых транзисторов относятся:

Vds (Vdss) или Uси max – определяет максимально допустимое значение напряжения между истоком и стоком;

Id или Ic – максимально допустимый ток стока, проходящий через открытый канал транзистора;

Rdc(on) – сопротивление канала между затвором и истоком (обычно указывается совместно с управляющим напряжением Uзи или Vgs).

Iз ут или Igss – ток утечки затвора при заданном напряжении между затвором и остальными выводами, замкнутыми между собой.

Pd или Pmax – максимальная рассеиваемая мощность транзистора при температуре, как правило, +25 градусов.

Тепловые параметры полевого транзистора определяют устойчивость его характеристик при работе в диапазоне температур, так как при изменении температуры свойства полупроводниковых материалов изменяются. От температуры сильно зависит значение Ic , крутизны и тока утечки затвора.

Tj или Тmax – температура разрушения кристалла подложки, соответствующая максимально допустимой рабочей температуре

Tstg или Тmin – минимальная отрицательная температура, при которой соблюдаются основные паспортные параметры транзистора

Отличительной особенностью работы полевых транзисторов в сравнении с биполярными является очень низкий коэффициент шума или Кш. Данный коэффициент мало влияет от напряжений сток – исток, тока стока, а так же температуры работы транзистора (до +50 градусов).

Полевой транзистор

Часть 2. Полевой транзистор с изолированным затвором MOSFET

Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор, затвор которого электрически изолирован от проводящего канала полупроводника слоем диэлектрика. Благодаря этому, у транзистора очень высокое входное сопротивление (у некоторых моделей оно достигает 10¹⁷ Ом).

Принцип работы этого типа полевого транзистора, как и полевого транзистора с управляющим PN-переходом, основан на влиянии внешнего электрического поля на проводимость прибора.

В соответствии со своей физической структурой, полевой транзистор с изолированным затвором носит название МОП-транзистор (Металл-Оксид-Полупроводник), или МДП-транзистор (Металл-Диэлектрик-Полупроводник). Международное название прибора – MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).

МДП-транзисторы делятся на два типа – со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В каждом из типов есть транзисторы с N–каналом и P-каналом.

Устройство МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом.

На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с N-каналом) созданы две зоны с повышенной электропроводностью N⁺-типа. Все это покрывается тонким слоем диэлектрика, обычно диоксида кремния SiO₂. Сквозь диэлектрический слой проходят металлические выводы от областей N⁺-типа, называемые стоком и истоком. Над диэлектриком находится металлический слой затвора. Иногда от подложки также идет вывод, который закорачивают с истоком

Работа МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом N-типа.

Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае электрический ток не пойдет, поскольку между зонами N⁺ находиться область P, не пропускающая электроны. Далее, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока U_зи, возникнет электрическое поле. Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.

Когда U_зи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок. Между стоком и истоком сформируется тонкий канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток I_си. Чем выше напряжение на затворе транзистора U_зи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока. Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения.

Принцип работы МДП-транзистора с каналом P–типа такой же, только на затвор нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора с индуцированным каналом.

ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором похожи на ВАХ полевого транзистора с управляющим PN-переходом. Как видно на графике а), вначале ток I_си растет прямопропорционально росту напряжения U_си. Этот участок называют омическая область (действует закон Ома), или область насыщения (канал транзистора насыщается носителями заряда ). Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток I_си практически не растет. Этот участок называют активная область.

Когда U_си превышает определенное пороговое значение (напряжение пробоя PN-перехода), структура полупроводника разрушается, и транзистор превращается в обычный проводник. Данный процесс не восстановим, и прибор приходит в негодность.

Устройство МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом.

Физическое устройство МДП-транзистора со встроенным каналом отличается от типа с индуцированным каналом наличием между стоком и истоком проводящего канала.

Работа МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом N-типа.

Подключим к транзистору напряжение между стоком и истоком Uси любой полярности. Оставим затвор отключенным (U_зи = 0). В результате через канал пойдет ток I_си, представляющий собой поток электронов.

Далее, подключим к затвору отрицательное напряжение относительно истока. В канале возникнет поперечное электрическое поле, которое начнет выталкивать электроны из зоны канала в сторону подложки. Количество электронов в канале уменьшиться, его сопротивление увеличится, и ток I_си уменьшиться. При повышении отрицательного напряжения на затворе, уменьшается сила тока. Такое состояние работы транзистора называется режимом обеднения.

Если подключить к затвору положительное напряжение, возникшее электрическое поле будет притягивать электроны из областей стока, истока и подложки. Канал расшириться, его проводимость повыситься, и ток I_си увеличиться. Транзистор войдет в режим обогащения.

Как мы видим, МДП-транзистор со встроенным каналом способен работать в двух режимах — в режиме обеднения и в режиме обогащения.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора со встроенным каналом.

Преимущества и недостатки полевых транзисторов перед биполярными.

Полевые транзисторы практически вытеснили биполярные в ряде применений. Самое широкое распространение они получили в интегральных схемах в качестве ключей (электронных переключателей)

Главные преимущества полевых транзисторов

Благодаря очень высокому входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов расходует крайне мало энергии, так как практически не потребляет входного тока.
Усиление по току у полевых транзисторов намного выше, чем у биполярных.
Значительно выше помехоустойчивость и надежность работы, поскольку из-за отсутствия тока через затвор транзистора, управляющая цепь со стороны затвора изолирована от выходной цепи со стороны стока и истока.
У полевых транзисторов на порядок выше скорость перехода между состояниями проводимости и непроводимости тока. Поэтому они могут работать на более высоких частотах, чем биполярные.

Главные недостатки полевых транзисторов

У полевых транзисторов большее падение напряжения из-за высокого сопротивления между стоком и истоком, когда прибор находится в открытом состоянии.
Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при меньшей температуре (150С), чем структура биполярных транзисторов (200С).
Несмотря на то, что полевые транзисторы потребляют намного меньше энергии, по сравнению с биполярными транзисторами, при работе на высоких частотах ситуация кардинально меняется. На частотах выше, примерно, чем 1.5 GHz, потребление энергии у МОП-транзисторов начинает возрастать по экспоненте. Поэтому скорость процессоров перестала так стремительно расти, и их производители перешли на стратегию «многоядерности».
При изготовлении мощных МОП-транзисторов, в их структуре возникает «паразитный» биполярный транзистор. Для того, чтобы нейтрализовать его влияние, подложку закорачивают с истоком. Это эквивалентно закорачиванию базы и эмиттера паразитного транзистора. В результате напряжение между базой и эмиттером биполярного транзистора никогда на достигнет необходимого, чтобы он открылся (около 0.6В необходимо, чтобы PN-переход внутри прибора начал проводить).

Однако, при быстром скачке напряжения между стоком и истоком полевого транзистора, паразитный транзистор может случайно открыться, в результате чего, вся схема может выйти из строя.
Важнейшим недостатком полевых транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству. Поскольку изоляционный слой диэлектрика на затворе чрезвычайно тонкий, иногда даже относительно невысокого напряжения бывает достаточно, чтоб его разрушить. А разряды статического электричества, присутствующего практически в каждой среде, могут достигать несколько тысяч вольт.

Поэтому внешние корпуса полевых транзисторов стараются создавать таким образом, чтоб минимизировать возможность возникновения нежелательного напряжения между электродами прибора. Одним из таких методов является закорачивание истока с подложкой и их заземление. Также в некоторых моделях используют специально встроенный диод между стоком и истоком. При работе с интегральными схемами (чипами), состоящими преимущественно из полевых транзисторов, желательно использовать заземленные антистатические браслеты. При транспортировке интегральных схем используют вакуумные антистатические упаковки

В чем различие между полевыми и биполярными транзисторами

Транзистор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов.

Ток или поле

Большинству людей, так или иначе сталкивающемуся с электроникой, принципиальное устройство полевых и биполярных транзисторов должно быть известно. По крайней мере, из названия «полевой транзистор», очевидно, что управляется он полем, электрическим полем затвора, в то время как биполярный транзистор управляется током базы.

Ток и поле — различие здесь кардинальное. У биполярных транзисторов управление током коллектора осуществляется путем изменения управляющего тока базы, в то время как для управления током стока полевого транзистора, достаточно изменить приложенное между затвором и истоком напряжение, и не нужен уже никакой управляющий ток как таковой.

Полевые транзисторы быстрее

Какие транзисторы лучше полевые или биполярные? Достоинство полевых транзисторов, по сравнению с биполярными, налицо: полевые транзисторы обладают высоким входным сопротивлением по постоянному току, и даже управление на высокой частоте не приводит к значительным затратам энергии.

Накопление и рассасывание неосновных носителей заряда отсутствует в полевых транзисторах, от того и быстродействие у них очень высокое (что отмечается разработчиками силовой техники). И поскольку за усиление в полевых транзисторах отвечают переносимые основные носители заряда, то верхняя граница эффективного усиления у полевых транзисторов выше чем у биполярных.

Здесь же отметим высокую температурную стабильность, малый уровень помех (в силу отсутствия инжекции неосновных носителей заряда, как то происходит в биполярных), экономичность в плане потребления энергии.

Разная реакция на нагрев

Если биполярный транзистор в процессе работы устройства нагревается, то ток коллектор-эмиттер увеличивается, то есть температурный коэффициент сопротивления у биполярных транзисторов отрицательный.

У полевых же все наоборот — температурный коэффициент сток-исток положительный, то есть с ростом температуры растет и сопротивление канала, то есть ток сток-исток уменьшается. Это обстоятельство дает полевым транзистором еще одно преимущество перед биполярными: полевые транзисторы можно без опаски соединять параллельно, и не потребуются выравнивающие резисторы в цепах их стоков, поскольку в соответствии с ростом нагрузки станет автоматически расти и сопротивление каналов.

Так для достижения высоких показателей коммутационных токов, можно легко набрать составной ключ из нескольких параллельных полевых транзисторов, что и используется много где на практике, например в инверторах.

А вот биполярные транзисторы нельзя просто так параллелить, им нужны обязательно токовыравнивающие резисторы в цепях эмиттеров. Иначе, из-за разбаланса в мощном составном ключе, у одного из биполярных транзисторов рано или поздно случится необратимый тепловой пробой. Полевым составным ключам названная проблема почти не грозит. Эти характерные тепловые особенности связаны со свойствами простого n- и p-канала и p-n перехода, которые кардинально отличаются.

Сферы применения тех и других транзисторов

Различия между полевыми и биполярными транзисторами четко разделяют области их применений. Например в цифровых микросхемах, где необходим минимальный ток потребления в ждущем состоянии, полевые транзисторы применяются сегодня гораздо шире. В аналоговых же микросхемах полевые транзисторы помогают достичь высокой линейности усилительной характеристики в широком диапазоне питающих напряжений и выходных параметров.

Схемы типа reel-to-reel удобно реализуются сегодня с полевыми транзисторами, ведь легко достигается размах напряжений выходов как сигналов для входов, совпадая почти с уровнем напряжения питания схемы. Такие схемы можно просто соединять выход одной с входом другой, и не нужно никаких ограничителей напряжения или делителей на резисторах.

Что касается биполярных транзисторов, то их типичными сферами применения остаются: усилители, их каскады, модуляторы, детекторы, логические инверторы и микросхемы на транзисторной логике.

Полевые побеждают

Выдающиеся примеры устройств, построенных на полевых транзисторах, — наручные электронные часы и пульт дистанционного управления для телевизора. За счёт применения КМОП-структур эти устройства могут работать до нескольких лет от одного миниатюрного источника питания — батарейки или аккумулятора, потому что практически не потребляют энергии.

В настоящее время полевые транзисторы находят все более широкое применение в различных радиоустройствах, где уже с успехом заменяют биполярные. Их применение в радиопередающих устройствах позволяет увеличить частоту несущего сигнала, обеспечивая такие устройства высокой помехоустойчивостью.

Обладая низким сопротивлением в открытом состоянии, находят применение в оконечных каскадах усилителей мощности звуковых частот высокой мощности (Hi-Fi), где опять же с успехом заменяют биполярные транзисторы и даже электронные лампы.

В устройствах большой мощности, например в устройствах плавного пуска двигателей, биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) — приборы, сочетающие в себе как биполярные, так и полевые транзисторы, уже успешно вытесняют тиристоры.

Ранее ЭлектроВести писали, что дожди могут стать новым источником возобновляемой и предельно дешевой энергии: ученые из Гонконга придумали новый тип электрогенератора с высоким КПД и удельной мощностью в тысячу раз большей, чем у существовавших до сих пор других подобных устройств. Их изобретение позволяет получать из падения одной капли воды с высоты 15 см напряжение свыше 140 вольт, а энергии этого падения хватит для питания 100 небольших светодиодных ламп.

По материалам: electrik.info.

Полевые транзисторы затвор — Справочник химика 21

Промышленность начала выпускать. полупроводниковые приборы нового вида — полевые транзисторы. Входное сопротивление такого транзистора с изолированным затвором до 10 Ом [12]. Их преимущество перед электронными лампами — малые габариты и низкое потребление энергии. Однако параметры полевых транзисторов зависят от температуры окружающей среды. Максимальное изменение тока насыщения у кремниевых полевых приборов составляет приблизительно [c.37]
Существуют три основных вида полевых транзисторов, различающихся способом управления проводимостью канала. В транзисторах с управляемым р- -переходом (рис. 1.5, а) на слаболегированной полупроводниковой монокристаллической подложке исток, канал и сток образованы областью проводимости -типа. В средней части этой области между истоком и стоком создается область с противоположным типом проводимости и высокой концентрацией примеси (р -область). Под образовавшимся / — -переходом находится канал -типа. Для функционирования транзистора к затвору относительно истока прикладывается управляющее напряжение (рис. 1.4, в), смещающее р — -переход в обратном направлении (при канале -типа СЛ сток-исток [/с, создающее ток через канал, должно обеспечивать обратное смещение всего р — -перехода ([/ > О для -канала). При этом обедненный носителями тока и выполняющий роль изоляционного слоя р» — -переход располагается в основном в области канала, поскольку толщина перехода с каждой стороны от границы раздела р — и -областей обратно пропорциональна концентрации в них примесей. В то же время толщина перехода, а значит, и проводимость канала, и ток через него зависят от величины С/,. Так происходит эффективное управление током стока с, протекающего через канал, с помощью малых изменений напряжения на затворе. Поскольку / — -переход остается закрытым, входное сопротивление между затвором и истоком полевого транзистора в отличие от биполярного, оказывается весьма большим (10 … 10 Ом). [c.30]

Полевые транзисторы (как и биполярные) находят применение в различных аналоговых и цифровых схемах — как с дискретными элементами, так и в интегральных. В последних наиболее широко применяются МДП-транзисторы с индуцированным каналом. Высокое входное сопротивление таких транзисторов является ценным качеством при создании электронных средств для потенциометрических измерений. На основе МДП-транзисторов созданы рН-метрические, ионоселективные и биосенсоры, используемые в биологии и медицине, а также для контроля за содержанием загрязнителей в объектах окружающей среды. В таких сенсорах затвор транзистора выполняет роль индикаторного электрода. [c.34]

Как было показано выше (см. раздел 1.2.2), полупроводниковой основой полевых транзисторов служит подложка из кристаллического кремния /7-типа, отделенная от металлического проводника (затвора) слоем тонкого ( 100 нм) диэлектрика (обычно БЮг). Эта конструкция усложнена двумя дополнительными кремниевыми элементами w-типа, называемыми истоком и стоком. Электрическая цепь создается за счет металлических контактов со стоком и истоком и позволяет измерять электропроводность поверхностного слоя кремниевой подложки. [c.218]

Если приложить дополнительное напряжение 11з между затвором и подложкой, то в п-канале между п-областями кремния образуется электрическое поле, так что между стоком и истоком протекает ток /си- Величина тока определяется напряжением. Конечно, чтобы получить ток, необходимо минимальное напряжение. Благодаря высокому сопротивлению между затвором и подложкой входной ток пренебрежимо мал. Высокое сопротивление полевого транзистора делает его подходящим входным устройством для pH- и иономе-ров, а также для усиления сигнала в обычных вольтметрах. Влияние напряжения сток-исток существует из-за изменений электрических характеристик транзистора (рис. 7.7-5). [c.501]

В настоящее время существуют три типа тонкопленочных полупроводниковых приборов тонкопленочные полевые транзисторы с изолированным затвором (ТПТ), транзисторы на горячих электронах и полупроводниковые транзисторы и диоды с р-п переходом. Тонкопленочные транзисторы изготавливаются последовательным осаждением различных материалов с применением металлических масок. [c.69]

Планарная технология удобна для формирования полевого транзистора на полупроводниковой подложке. На рис. 75 представлен прибор, изготовленный путем формирования в подложке из монокристалла кремния сильно легированных контактов катода и анода, выращивания между ними термической пассивацией слоя из двуокиси кремния с последующей металлизацией контактов и осаждением в вакууме, поверх слоя изолятора, металлической пленки в качестве затвора. [c.188]

Для согласования ДИ с исполнительными устройствами используются как транзисторные, так и тиристорные пороговые усилители. Такие реле времени отличаются высокой экономичностью, потребляемая мощность в процессе выдержки времени находится в пределах нескольких милливатт [59—61]. Однако используемые тиристорные усилители имеют сравнительно небольшое входное сопротивление. Это приводит к дополнительной погрешности выдержки времени. Для уменьшения ее и осуществления регулировки напряжения отсечки в широком диапазоне (от 100 мВ до 1 В) целесообразно использовать согласующие усилители на полевых транзисторах, обладающих более высоким входным сопротивлением. Большое входное сопротивление полевого транзистора и малый ток затвора (менее 10 А) позволяют снизить допустимые токи инте- [c.149]

Другой подход в развитии электродов включает модифицирование поверхности чувствительных элементов сенсоров силанами, содержащими реакционноспособные группы, которые позволяют проводить последующую полимеризацию подходящего по свойствам мономера с включением различных селективных реагентов. Так, обработкой затвора полевого транзистора [c.470]

Полевой транзистор с диэлектрическим затвором [c.390]

Кроме биполярных транзисторов существуют и находят применение полевые (униполярные) транзисторы (рис. 1.5, в). В таких транзисторах управляемый ток через канал между стоком (с) и истоком (и) создается носителями заряда только одного типа (электронами или дырками), а управление током осуществляется электрическим полем, создаваемым управляющим напряжением между затвором (з) и истоком (п — подложка). [c.30]

Наличие изолированного затвора обусловливает еще одно важное преимущество полевого триода по сравнению с обычными биполярными транзисторами — его большое входное сопротивление (порядка 10 ом). [c.167]

Еще большее входное сопротивление порядка. Ом (на постоянном токе и на низких частотах) имеют полевые транзисторы с изолированным затвором — с индуцированным или встроенным каналом (рис. 1.5, б и в). В таких полупроводниковых приборах, называемых МДП анзисторами, используется структура металл-диэлектрик-полупроводник, в которой металлическая контактная площадка затвора отделена от полупроводниковой пластины тонким слоем диэлектрика. Поскольку чаще всего в качестве полупроводникового материала применяется кремний, а диэлектриком является оксид кремния 8102, МДП-транзисторы называют еще МОП-транзисторами. [c.31]

Описанный полевой транзистор можно трансформировать в ИСПТ, заменив металлический затвор ионоселективной мембраной. В этом случае величина f/ будет зависеть не только от i/n и потенциала электрода сравнения, но и от потенциала на границе раздела раствор/мембрана, С помощью мембран, потенциал которых зависит от концентрации ионов в растворе, ИСПТ приобретают химическую селективность, В ИСПТ применяют те же мембраны, которые разработаны для ИСЭ и описаны выше. Из неорганических материалов наилучшими х актеристиками обладают АЬОз и ТагОз, обеспечивающие наклон зависимости 7, от pH, равный 52-58 мВ/рН при времени срабатывания не более нескольких секунд, В настоящее время ИСПТ для измерения pH коммерчески доступны. Разработаны ИСПТ на основе бромида серебра, селективные к бромид-ионам, алюмосиликатного и боросиликатного [c.218]

Эти типы электродов — гибриды ион-селективных электродов и полевых транзисторов из оксвдов металлов МИСПТ. В ИСПТ металлический затвор МИСПТ заменен или контактирует с твердой или жидкой ион-селективной мембраной. Откликом таких миниатюрных датчиков является сила тока (разд. 7.7). [c.399]

Из всех перечисленных выше типов пленочных активных элементов особое место занимают полевые транзисторы с изолированным управляющим электродом. Приборы этого типа, с одной стороны, обладают всеми преимуществами полупроводниковых приборов, как-то экономичность, отсутствие подогревного катода, малые размеры и др. С другой стороны, они обладают высоким входным сопротивлением, достигающим благодаря изоляции управляющего электрода 10 ом, что характерно только для электронных ламп. Но этим неограничива-ются преимущества приборов этого типа. Способность ТПТ работать как при положительном, так и при отрицательном смещении на управляющем затворе без заметных токов в цепи управляющего электрода позволяет использовать их в схемах с непосредственной связью, [c.69]

Представляет интерес схема усилительного тракта полярографов для ВПТ-С с ФС, в которую вводят фазовращатель. В управляющий вход фазовращателя последовательно с резисторами включают полевой транзистор (рис. 55, д). Переменная составляющая тока ячейки усиливается усилителем 7 и подается на фазовый детектор 8, на входе которого подключен сглаживающий фильтр 9. С запуском PH затвор полевого транзистора подключается контактами 14 к выходу усилителя 16, замьпсая цепь автоматического регулирования фазового угла ф. При этом напряжение активной составляющей помехи os ф после усиления усилителем, поступая на затвор транзистора 11, начинает изменять его сопротивление. Изменение активного сопротивления в плече фазовращателя приводит к появлению фазового сдвига ф, полярность которого зависит от того, увеличивается или уменьшается сопротивление транзистора [c.92]

Фирма Servomex недавно ввела в регулятор чувствительности цепь точного контроля усиления с использованием трансформатора. Сигнал постоянного или переменного с частотой до 1 Гц тока h модулируется с помощью переключателя Кл.1 (обычно полевой транзистор с изолированным затвором, работающий на частоте 200 Гц) и проходит через Л 1 витков трансформатора. Выходной ток модулируется ключом Кл2 (работающим в фазе [c.93]

В последние годы все большее внимание уделяют закреплению сложных, но более специфичных органических молекул на поверхности чувствительных элементов. Особенный интерес для модифицирования в этом случае представляют контакты затвора полевых транзисторов (FET, field-effe t transistor или ПТ-транзисторов), изготовленные из металлов или оксидов, нитридов, силицидов металлов. Взаимодействие селективных функциональных групп на поверхности затвора ПТ с определяемым компонентом в растворе вызывает его адсорбцию и приводит к изменению напряженности и (или) конфигурации электрического поля на поверхности затвора [c.470]

Основные тенденции развития сенсоров состоят в дальнейшей миниатюризации и снижении стоимости этих устройств за счет применения современных эффективных технологий, в создании интегральных и интеллектуальных сенсоров, в разработке совместных с микроэлектроникой технологий, в выпуске сенсоров с са-мокалибровкой и в создании микромультисенсоров, в повышении чувствительности и селективности устройств. Недостатки сенсоров на основе полевых транзисторов, связанные с невысокой надежностью их в работе вследствие низкой защищенности затвора от воздействия окружающей среды и малой прочностью закрепления чувствительного слоя, стимулируют дальнейшие исследования в области химического модифицирования неорганических материалов. [c.474]

Ионоселективные полевые транзисторы (ИСПТ) впервые были описаны Бергвель-дом в 1970 г. [3]. Мацуо и Уайз предложили усовершенствованную конструкцию ИСПТ, в которой в качестве диэлектрического затвора используется нитрид кремния (SiзN4), и использовали ее как сенсор pH [4]. В 1980 г. было показано, что ИСПТ с нанесенным на диэлектрический затвор слоем иммобилизованной пенициллиназы можно использовать как сенсор пенициллина [5] (см. гл. 26). Ферментный сенсор на основе ПТ описан и нами [6]. [c.375]

Необходимо остановиться еще на двух терминах. К настоящему времени уже довольно хорошо исследованы устройства, представляющие собой полевой транзистор с ионочувствительной мембраной, так называемые ионоселективные полевые транзисторы (ИСПТ). Более того, так как нет каких-либо ограничений для нанесения на поверхность затвора любой ионочувствительной мембраны, то, по-видимому, можно рассматривать ИСПТ как ионоселективные электроды следующего, третьего поколения (если при этом считать классические электроды с внутренним раствором и электродом сравнения электродами первого, а электроды с твердым токоотводом — второго поколения). Развитие исследований в этой области позволяет надеяться на создание дешевых многофункциональных датчиков с произвольным набором функций. [c.8]

Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) — высокочастотные преобразователи (сотни килогерц) и низковольтные преобразователи для приводов вентильных двигателей, компактных АБП, ключевых источников питания. [c.137]

На ряде предприятий электронной промышленности освоено промышленное производство силовых полевых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET). Воронежский завод полупроводниковых приборов производит более десяти типов таких приборов. [c.142]

Область применения различных типов регулируемых электроприводов в значительной степени определяется применяемой элементной базой силовых полупроводниковых преобразователей энергии. В связи с освоением промышленностью полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов в модульном исполнении мощных полевых транзисторов (MOSFET), биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) запираемых тиристоров с интегрированным управлением (IG T) и запираемых тиристоров (GTO) разработаны полупроводниковые преобразователи, обеспечивающие плавное и экономичное регулирование скорости электродвигателей в широком диапазоне. На базе выпускаемых силовых полупроводниковых модулей создаются регулируемые электроприводы по системе преобразователь частоты -асинхронный короткозамкнутый двигатель (ПЧ — АД). [c.176]

FET Applications — Применение полевых транзисторов

Приложения на полевых транзисторах:

Каковы различные применения полевого транзистора?

В этом коротком посте давайте обсудим различные применения транзистора FET — F ield E ffect T . Прежде чем продолжить, полезно освежить в памяти основы полевого транзистора.

Полевой транзистор (FET) — это полупроводниковое устройство, работа которого зависит от управления током с помощью электрического поля.Таким образом, он называется полевым транзистором.

Есть два типа полевых транзисторов

Соединительный полевой транзистор (JFET) или просто полевой транзистор.
Полевой транзистор IGFET с изолированным затвором.
Его также называют металл-оксидно-полупроводниковым (MOS) транзистором или MOSFET.

Применения полевого транзистора (FET):

Полевой транзистор имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Поэтому он используется как буфер в измерительных приборах, приемниках.
FET работает с низким уровнем шума.Поэтому он используется в усилителях RF, тюнерах FM и оборудовании связи.
FET имеет низкую входную емкость, поэтому он используется в каскадных усилителях в измерительном и испытательном оборудовании.
Поскольку полевой транзистор является устройством, управляемым напряжением, он используется в качестве резистора переменного напряжения в операционных усилителях и регуляторах тембра.
FET имеет низкое внутреннее модуляционное искажение. Поэтому он используется в схемах смесителей в FM- и ТВ-приемниках, а также в коммуникационном оборудовании.
Поскольку это низкочастотные дрейфы, он используется в схемах генераторов.
используются в усилителях низкой частоты в слуховых аппаратах и индуктивных преобразователях, так как конденсатор связи имеет небольшой размер.
Поскольку полевой транзистор занимает меньше места и прост в изготовлении, он используется в цифровых схемах компьютеров, LSD и схемах памяти.

Спасибо, что прочитали о применениях FET … Пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже … Пожалуйста, подпишитесь, чтобы получать больше сообщений на свой почтовый идентификатор …

Вы также можете прочитать: Кварцевый генератор
— основы, работа, частотная характеристика, плюсы и минусы
Сравнение синхронного двигателя и трехфазного асинхронного двигателя
Электрическая тормозная система Преимущества Ограничения Недостатки
Простой проект Arduino — Демонстрация последовательной связи Проект

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О мире беспроводной связи RF

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи.На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP.Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Умная парковка на базе Zigbee • Система умной парковки на основе LoRaWAN

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые замирания и т. Д., Которые используются в беспроводной связи. Читать дальше➤

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи по соседнему каналу, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

Этот учебник GSM охватывает основы GSM, архитектуру сети, элементы сети, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызовов и восходящая линия связи PS-вызовов.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования ИУ на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.УКАЗАТЕЛЬ испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

Волоконно-оптическая технология

Волоконно-оптический компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебник по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

Поставщики и производители радиочастотных беспроводных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здравоохранении *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их.
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь.
3. ЛИЦО: не трогайте его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Различные типы датчиков

Поделиться страницей

Перевести страницу

Применение полевых транзисторов для измерения очень малых постоянных токов

А. Н. Кармазинский, ПТЭ, № 3 (1965).

Голубь С.Г., Шульман Б.Р., Измерит. техн., № 11 (1966).

W. Шокли и Г. Пирсон, «Модуляция проводимости тонких пленок полупроводников поверхностными зарядами», Phys. Ред., 74 (1948).

W. Шокли, «Униполярные полевые транзисторы», Proc. IRE, 40 (ноябрь 1952 г.), стр. 1365–1367.

Google ученый

К. Дейси и И. Росс, «Полевой транзистор», The Bell System Tech. J., 34 (ноябрь 1955 г.).

Дж. Л. Севин, Полевые транзисторы, McGraw-Hill Book Co. (1965).

А. Ван дер Зил, «Тепловой шум в полевых транзисторах», Proc. IRE, 50 (август 1962 г.).

А. Б. Кауфман, «Полевой транзистор под действием ядерного излучения», Electronic Ind, 23 , № 3 (1964).

Бёрд Р. М. Твердотельный усилитель электрометра. and Control Systems, 36 (сентябрь 1963 г.).

10.

К. Бартон, «Полевой транзистор, используемый в качестве прерывателя низкого уровня», Электрон. Engng., 37 , No. 444 (1965), также EI KIG No. 15, ref 90, (1965).

11.

Х. Фейн, «Твердотельные электрометры, нейтрализация входной емкости», IEEE Trans on BME, 11 , № 1-2 (1964).

12.

К. Гулд, «Катодный повторитель и отрицательная емкость как цепи с высоким входным импедансом», Proc.IRE, 50 (сентябрь 1962 г.).

13.

W. H. Evans, «Новое устройство для измерения статических электрических полей», Geophys. Res., 70 , № 16 (1965).

14.

Дж. Х. Маккуэйд, «Рециклирующий интегратор для измерения наноамперных токов», RSI, 36 , № 5 (1965).

15.

Хейман и С. Р. Хофштейн, «Полевой транзистор с изолированным затвором», представленный на встрече Electron Devices, Вашингтон (октябрь 1962 г.).

16.

Д. М. Грисволд, «Понимание и использование МОП-транзистора», Электроника, 37 , № 31 (1964).

17.

Х. А. Дунг, «Оцифрованный электрометр с шестидесятичным линейным откликом», IEEE Trans. по ядерной науке, № 5–12, № 4 (1965).

18.

Дж. Б. МакКослин, «Электрометр для ионизационных камер с использованием МОП-транзистора», RST, 35 , № 11 (1964).

Полевой транзистор: определение, символ, работа, характеристики, типы и применение

Здравствуйте, друзья! Надеюсь, вы все счастливы, здоровы и довольны.В последнее время мы обсуждали транзисторы, от основного определения до типов и характеристик транзисторов, мы рассмотрели все это. Если у вас есть краткое представление о транзисторах, вы должны знать о полевом транзисторе или, возможно, слышали или читали о нем где-то, это один из самых ранних известных типов транзисторов, который является нашей темой для обсуждения сегодня. Полевые транзисторы

были созданы, чтобы скрыть недостаток ранее известных транзисторов, которые занимали большое пространство и производили много шума. Другой серьезной проблемой была низкая надежность предыдущих версий.Итак, давайте начнем с полевых транзисторов.

Определение полевого транзистора

Давайте сначала определим полевой транзистор,

«Полевой транзистор — это униполярный транзистор, сделанный из полупроводникового материала, который использует электрическое поле для управления током».

История полевых транзисторов

Чтобы узнать, как полевые транзисторы развивались на протяжении веков, позвольте нам совершить небольшое путешествие в историю, в те дни, когда у нас не было большого количества ресурсов для материализации наших концепций.
Первая попытка создать полевой транзистор была предпринята Юлиусом Эдгаром в 1925 году, и, к сожалению, он потерпел неудачу, но ему посчастливилось запатентовать эту концепцию.
В 1934 году Оскар Хайль попытал счастья, но безуспешно.
В 1945 году полевой транзистор Junction был первым полевым транзистором, созданным Генрихом Велкером.
В последующие годы было предпринято несколько попыток, и были введены различные типы материалов для изготовления полевых транзисторов и родственных им типов.Все эти успешные и неудачные попытки привели к созданию современного полевого транзистора.

Униполярность полевого транзистора

Униполярность полевого транзистора означает, что транзистор использует для работы отверстия или электроны, в зависимости от типа материала, который предполагается для изготовления, в отличие от транзисторов с биполярным переходом, в которых используются как электроны, так и электроны. отверстия для их функционирования.

Символ полевого транзистора_ FET

На следующем рисунке показан символ полевого транзистора.
На рисунке можно увидеть три клеммы, а именно затвор, исток и сток, обозначенные буквами D, G и S.

Направление стрелки отражает направление электрического поля.
Символ немного отличается для двух разных типов полевых транзисторов полевых транзисторов, они могут быть полевыми транзисторами с N каналом или полевыми транзисторами с каналом P, вы узнаете символы различных полевых транзисторов в соответствующих разделах этой статьи.

Почему полевые транзисторы названы так, или что означает полевой транзистор?

Теперь вы, должно быть, думаете о том, как полевой транзистор получил свое название? Что это значит под полевым транзистором? За этим стоит несколько предположений, одно из которых я счел подходящим — это то, что слабый электрический сигнал, проходящий через электрод, генерирует большее электрическое поле и через другие части транзистора, поэтому они называются полевым эффектом. транзисторы.Если вам известна какая-либо другая причина, по которой мы называем их полевыми транзисторами, кроме этой, вы можете сообщить мне об этом в разделе комментариев ниже, я с нетерпением жду вашего ответа!

BJT vs FET

Часто полевой транзистор сравнивают с BJT, давайте кратко рассмотрим их особенности в этом разделе. Это некоторые из существенных различий между ними;

BJT немного шумит, чем FET.
BJT имеет более высокое выходное сопротивление, чем полевой транзистор.
BJT управляется током, а полевой транзистор — устройством, управляемым напряжением.
BJT имеет меньшее входное сопротивление, чем полевой транзистор.

Работа полевого транзистора FET

Базовая конструкция полевого транзистора FET

В отличие от других типов транзисторов, полевые транзисторы не состоят из типичного коллектора, эмиттера и базы, хотя количество компонентов одинаковы, но названия и функции каждого компонента совершенно разные.Чтобы понять принцип работы полевого транзистора, давайте сначала обсудим его основные компоненты один за другим.

Источник

Источник обозначен символом S. Он действует как электрод полевого транзистора, через который носители заряда входят в канал при приложении напряжения.
Как следует из названия, источник полевого транзистора работает как источник носителей заряда.

Gate

Он представлен буквой G, где бы вы ни увидели G, сразу же предполагайте, что это полевой транзистор, в случае транзисторов.История полевого транзистора начинается с подачи напряжения на затвор, которое передается на другие компоненты.

Сток

Сток обозначен символом D. Сток — это электрод полевого транзистора, который обеспечивает канал для носителей заряда, помогая им покинуть цепь.

Работа полевого транзистора

Поскольку у вас есть краткое представление об основных компонентах полевого транзистора и их функциях, мы собираемся обсудить работу полевого транзистора.
Ток всегда течет от источника S к сливу D.
Напряжение подается на клеммы затвора и истока, что создает токопроводящий канал между источником S и затвором G.
Электроны или дырки текут из источника S в сток D в форме потока через канал.
Есть еще несколько вещей, связанных с работой и функционированием полевых транзисторов в зависимости от их типов, которые мы собираемся обсудить в соответствующих разделах.Итак, следите за обновлениями!
Здесь возникает простой вопрос, который часто остается без ответа, почему полевые транзисторы FET называются устройствами, управляемыми напряжением?
Полевые транзисторы называются устройствами с управляемым напряжением, потому что ток в стоке, представленный как ID, зависит от напряжения на затворе G, в отличие от биполярного переходного транзистора, который является устройством с регулируемым током.
Напряжение затвора очень важно для прохождения тока по направлению к стоку.
Есть два явления, которые влияют на него: одно — это истощение канала, а другое — улучшенное состояние канала. Давайте обсудим их по порядку.
Истощение канала: рассмотрим полевой транзистор с N каналом, в нем большая часть электронов используется в качестве носителей заряда. Сделав затвор более отрицательным, мы оттолкнем электроны от затвора, и эти электроны будут насыщать канал, увеличивая его сопротивление. Это делает область затвора тоньше из-за минимального движения электронов, но канал проводимости считается истощенным из-за повышенного сопротивления.

Снова рассмотрите n-канальный полевой транзистор, теперь подумайте сами, что произойдет, если вы сделаете затвор G полевого транзистора более положительным? Электроны устремились бы к воротам! Это сделало бы область затвора толще из-за большего трафика, но на параллельных линиях канал проводимости был бы улучшен из-за меньшего сопротивления.

Типы полевых транзисторов

Мы можем разделить полевые транзисторы на следующие типы в зависимости от их структуры;

Переход Полевой транзистор JFET
Металлооксидный полевой транзистор MOSFET

Junction Полевой транзистор JFET

Junction field effect — один из простейших типов полевых транзисторов.
Они униполярны по своей функции и работают либо с электронами, либо с дырками, что характерно для простых полевых транзисторов.
Соединительный полевой транзистор имеет очень высокий уровень входного сопротивления.
В отличие от полевого транзистора с биполярным переходом, он по сравнению с ним немного шумит или работает бесшумно.
Структура полевого транзистора Junction основывается на его типе, как правило, JFET состоит из двух полупроводниковых материалов n-типа и одного p-типа и наоборот.
Обозначение переходного полевого транзистора следующее:

Типы JFET

Есть еще два типа полевых транзисторов с переходом

N-канальные полевые транзисторы
P

Теперь мы подробно обсудим эти два типа переходных полевых транзисторов — JFET.

Полевые транзисторы с N-каналом

Конструкция полевого транзистора с N-каналом

Давайте сначала обсудим конструкцию полевого транзистора с N-каналом.

В качестве подложки используется полоса полупроводникового материала n-типа, в основном силикон. .
Затем стержень рассеивается с помощью двух силиконовых стержней p-типа, которые меньше по размеру, чем силиконовый стержень n-типа, на двух крайних концах стержня подложки. Только представьте, что вы кладете и приклеиваете два маленьких блока на крайних правых и крайних левых сторонах большего блока, сделанного из дерева или любого материала, который вы можете склеить!
Теперь мы закончили диффузию материалов p-типа в нашу подложку n-типа, оставшаяся область проводит ток и обозначена как Channel.Эти каналы отвечают за проводящее действие полевых транзисторов при приложении напряжения.
После того, как мы закончили формирование канала, мы теперь увидим, как основные части, такие как Gate, Source и Drain, формируются из этих рассеянных полупроводниковых блоков.
Две диффузные кремниевые планки p-типа, которые теперь сформировали PN-переход с материалом n-типа, теперь соединены вместе, образуя затвор.
Два конца канала, который был сформирован ранее после процесса диффузии, металлизируются для преобразования в исток и сток.
Полевые транзисторы с N каналом подразумевают, что в качестве основных носителей заряда электроны. Они более эффективны, чем полевые транзисторы с p-переходом, поскольку электроны движутся быстрее дырок.

Полевые транзисторы с P-переходом

Конструкция полевого транзистора с P-каналом

Тот же процесс повторяется для создания полевого транзистора с p-переходом.
Подложка из материала p-типа берется в виде большой пластины или стержня и затем рассеивается двумя меньшими стержнями n-типа.
Канал, образованный после диффузии, затем металлизируется с обоих концов, образуя исток и сток.
PN-переход, образованный двумя полупроводниковыми материалами n-типа, затем соединяется, образуя затвор.
Итак, вот как устроены полевые транзисторы с p-переходом.
Полевые транзисторы с p-переходом подразумевают дырки в качестве основных носителей заряда, поскольку они униполярны.

Работа переходного полевого транзистора

Переходный полевой транзистор всегда работает в режиме обратного смещения, поэтому они имеют очень высокий входной импеданс.
В случае переходного полевого транзистора ток затвора равен нулю, что обозначается как; IG = 0
Входное напряжение, представленное VGS, является регулирующим фактором для выходного тока, представленного идентификатором.

Вы, должно быть, думаете, как мы контролируем ширину канала, по которому проходит ток? Ответ прост: мы изменяем ширину PN перехода с обеих сторон канала, что увеличивает сопротивление протеканию тока.

Поскольку мы уже знаем, что переходной полевой транзистор работает только в условиях обратного смещения, давайте теперь обсудим несколько сценариев, чтобы узнать, как генерируется выходной сигнал при различных обстоятельствах.

Состояние нулевого смещения переходного полевого транзистора

Когда на затвор не подается внешнее напряжение VGS, результирующее напряжение на стоке будет равно нулю, что можно записать как VGS = VDS = 0
Области истощения будут иметь ту же толщину, что и раньше, потому что напряжение еще не приложено.
В этом состоянии смещения нуля возникает ток стока, позвольте мне рассказать вам, как это сделать! Носители заряда в отсутствие разности потенциалов начинают перемещаться от истока к стоку, создавая ток стока, противоположный обычному протеканию тока.
Таким образом, в состоянии смещения нуля в соединительном полевом транзисторе существует только ток стока.

Состояние обратного смещения переходного полевого транзистора

Сценарий приложения малого обратного напряжения

При наличии потенциала или небольшого напряжения напряжение затвор-исток VGS, от которого зависит идентификатор тока стока, зависит от При применении малого обратного потенциала ширина обедненной области увеличивается.
Из-за увеличения ширины обедненных областей с обеих сторон канал испытывает трудности с прохождением тока.
Эта сложность канала для проведения тока приводит к падению напряжения.
Ширина области истощения увеличивается больше к выводу стока, это можно рассматривать как случайность, но в науке ничего не существует в рамках рассуждений и логики, область истощения увеличивается больше в направлении стока, потому что падение напряжения выше на стороне стока .
Имеется меньшее значение ID тока стока из-за сжатия проводящего канала.

Сценарий приложения большого обратного напряжения

В этом случае мы применяем более высокое отрицательное напряжение, которое является нашим напряжением от затвора к источнику, представленное VGS
Ширина истощенных областей обоих соответствующих PN-переходов продолжает увеличиваться.
В конце концов, обе области истощения встречаются или, можно сказать, касаются друг друга.
Вот вам вопрос: что произойдет, если обе области истощения встретятся или растворились бы друг в друге? В конечном итоге они заблокируют прохождение тока!
Точка, в которой конкретное напряжение полностью блокирует канал проводимости, называется напряжением отсечки или иногда отсечкой.

MOSFET_ металлооксидные полевые транзисторы.

Второй тип полевых транзисторов — это MOSFET, металлооксидные полевые транзисторы.

Металлооксидные полевые транзисторы — один из наиболее распространенных типов транзисторов, широко используемых.

Характеристики полевого МОП-транзистора

МОП-транзистор потребляет меньше энергии, чем другие транзисторы.
Они исключительно масштабируемы и, если вспомнить закон Мура, являются лучшим его практическим проявлением.
имеют высокую скорость переключения, поэтому они используются для генерации последовательностей импульсов. Вы знаете, что такое последовательность импульсов? Последовательность импульсов представляет собой прямоугольную форму асимметричных волн, которые являются периодическими, но несинусоидальными по своей природе.
считаются идеальными для цифровых, аналоговых и линейных схем.
Иногда металлооксидные полевые транзисторы — МОП-транзисторы также называют IGFET, полевые транзисторы с изолированным затвором.

Базовая структура полевого МОП-транзистора

Давайте теперь обсудим базовую структуру металлооксидных полевых транзисторов MOSFET.
Металлооксидный полевой транзистор MOSFET состоит из четырех компонентов, в отличие от JFET.
Компоненты полевого МОП-транзистора включают исток S, сток D, корпус B и затвор G.
Затвор разделен корпусом транзистора через изоляционный материал
очень похож на полевой транзистор JFET, но основное отличие заключается в изоляции затворного электрода от канала проводимости, будь то P-канал или N-канал, с помощью тонкого слоя в основном SiO2 или стекла.
Изоляция вывода затвора слоем оксида металла помогает увеличить входное сопротивление.Изоляция может увеличить значение входного сопротивления до мегаомов.
Для более детального обзора MOSFET, его конструкции, работы и приложений вы можете обратиться к подробной статье, представленной на нашем веб-сайте.

Обозначение металлооксидного полевого транзистора MOSFE T

Следующий символ используется для обозначения полевого МОП-транзистора.

Стрелка указывает направление тока, и я уже знаю, что вы это знаете!
Теперь вы, должно быть, думаете, почему символическое представление показывает только три терминала, пожалуйста, не ищите четвертый! Потому что источник всегда прикреплен к терминалу тела и представлен как один терминал.
Таким образом, вы можете увидеть только три терминала с именами Gate G, Drain D и Source S.

Типы полевых МОП-транзисторов

Ниже приведены четыре широко известных типа полевых МОП-транзисторов;

N-канальный режим расширения MOSFET
MOSFET режим расширения P-канала
MOSFET с N-канальным режимом истощения
P-Channel Depletion mode MOSFET

Подробный обзор всех этих типов MOSFET можно найти в нашей статье о MOSFET.

Характеристики полевого транзистора

Напряжение тока, ВАХ полевого транзистора нанесены на график между приложенным напряжением VDS и ID тока стока.
График для изучения характеристической кривой полевого транзистора_ FET построен между изменяющимися значениями тока утечки, представленными ID по оси y, с изменяющимися значениями VDS по оси x.

На графике показаны следующие регионы;

Омическая область
Область отсечения
Насыщенность или активная область
Область поломки

Для лучшего понимания обратитесь к графику.

Теперь мы подробно остановимся на каждом из регионов.

Омическая область

Это крайняя левая часть графика, которая представляет значение ID тока стока, когда приложенное напряжение транзистора между истоком и затвором равно нулю, то есть VGS = 0
Проводящий канал небольшой, но в данном случае не узкий.
Области истощения на соответствующих сторонах равны по размеру и еще не начали расширяться.
Наш полевой транзистор действует как резистор с регулируемым напряжением на данном этапе ВАХ.

Область отсечения

Это вторая область нашего графика, представленная фиолетовыми линиями.
Эта область отсечки также называется областью отсечки, потому что напряжение VGS, которое управляет током транзистора, ужасно велико, чтобы заставить схему работать как разомкнутый переключатель.
В области отсечки токопроводящий канал почти закрыт из-за увеличенной толщины областей истощения с обеих сторон.

Область насыщения

Область насыщения также называется активной областью графика.
В этой области полевой транзистор действует как хороший проводник.
Величина приложенного напряжения VGS, напряжение между затвором и истоком управляет транзистором.
VDS Напряжение истока-истока оказывает минимальное влияние на текущий ID транзистора в этот самый момент.

Область пробоя

Это последняя и конечная область кривой характеристик полевого транзистора, вы можете наблюдать эту область в крайнем правом углу.
Напряжение между истоком и стоком, представленное VDS, в этот момент очень высокое.
Напряжение достаточно высокое, чтобы токопроводящий канал был разорван, и максимальный ток прошел через канал в сток.

Применение полевых транзисторов

Полевые транзисторы произвели революцию в электронном мире, существует бесконечный список применений полевых транзисторов, мы собираемся обсудить несколько важных из них в этом разделе.
Полевые транзисторы часто используются в интегральных схемах из-за их меньшего размера и компактности.
используются в операционных усилителях в качестве резисторов с переменным напряжением (VR).
Они также используются в регуляторах тембра для работы микшера на ТВ и FM.
также используются в логических вентилях.
также широко используются в производстве цифровых переключателей.

Теперь мы обсудим некоторые из наиболее продвинутых приложений полевых транзисторов,

FET как буферный усилитель

Перво-наперво, давайте сначала обсудим, что делает буфер? Буфер гарантирует, что цифровой или аналоговый сигнал успешно передан предыдущей волне.
Буфер напряжения помогает усилить ток без нарушения фактического уровня напряжения.
Итак, поскольку вы хорошо знаете функцию буфера, мы обсудим, как полевой транзистор действует на буферный усилитель.
Буферный усилитель отделяет предыдущий каскад сигнала от следующего последующего каскада, для этой цели работает сток полевого транзистора.
Наконец, вы, должно быть, думаете, какое свойство помогает полевому транзистору в достижении этого, у меня есть ответ на этот ваш вопрос! Высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс делают полевой транзистор отличным буферным усилителем.

FET как аналоговый переключатель

В последнее время мы обсуждали использование полевых транзисторов в аналоговых и цифровых переключателях, а сейчас мы обсудим их использование в аналоговых переключателях.
Мы уже обсуждали это ранее в нашей характеристической кривой и сценариях работы полевого транзистора, когда выходное напряжение равно входному напряжению, заставляя полевой транзистор работать как переключатель.

Когда VGS, который представляет собой напряжение затвора-истока, как вы уже знаете, отсутствует, полевой транзистор работает как небольшое сопротивление, хотя присутствует небольшой ток стока, но его значение почти незначительно.
Математическое выражение можно записать как

VOUT = {RDS / (RD + RDS (ON)} * Vin

Если вы помните, область отсечки кривой ВАХ нашего полевого транзистора, когда к области истока затвора прикладывается максимальное отрицательное напряжение, и в конечном итоге полевой транзистор_ полевой транзистор начинает действовать как очень высокое сопротивление.
Это сопротивление находится в диапазоне МОм.
В этом случае выходное напряжение Vout почти равно входному напряжению, которое было VGS.

FET в качестве генератора фазового сдвига

Полевые транзисторы идеально подходят для использования в качестве генераторов фазового сдвига.
используются для генерации сигналов с широким диапазоном частот.
могут использоваться как для усиления, так и для работы в цепи обратной связи, поэтому они отлично подходят для работы в качестве генераторов с фазовым сдвигом.
_ Полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление, поэтому при использовании в качестве генераторов фазового сдвига эффект нагрузки значительно меньше.
В большинстве случаев для этой цели используются N-канальные полевые транзисторы.

Вы можете наблюдать полевые транзисторы как генераторы сдвига фазы в устройствах GPS, музыкальных инструментах и многих других местах, где модулируются аудиосигналы, например, синтез голоса.

Полевой транзистор как каскодный усилитель

Код регистра слов был получен из фразы «Каскад на катод».
состоят из двух компонентов: первый — это усилитель крутизны, а второй — буферный усилитель.
обычно изготавливаются с использованием полевых транзисторов из-за их высокого входного сопротивления.
Мы используем каскодные усилители из-за того, что они имеют низкую входную емкость, в противном случае обычно используемые обычные усилители имеют более высокое значение входной емкости, чем каскодные усилители.
Хотя коэффициент усиления по напряжению одинаков для обоих усилителей, что снова является беспроигрышной ситуацией для
Каскодные усилители на полевых транзисторах.

Полевой транзистор в мультиплексоре

Давайте сначала обсудим функцию мультиплексора, мультиплексор собирает разные сигналы из разных источников для представления в виде единого выходного сигнала. Представьте себе целый год упорной работы, а конечный результат будет отображен в единой карточке результатов после экзамена!
используются для построения схемы мультиплексора.
Каждый полевой транзистор действует как SPST.
Если вы не знаете о SPST, позвольте мне сказать вам, что это однополюсный однопозиционный переключатель, который генерирует один выход из одного входа.
SPST используется как двухпозиционный переключатель в цепях.

Рассмотрим принципиальную схему, приведенную ниже;

Все входные сигналы блокируются, когда управляющие сигналы становятся более отрицательными, чем напряжение источника затвора VGS.
Это условие блокирует все входные сигналы.
Обнуляя любое из управляющих напряжений V1, V2 или V3, мы можем получить единственную желаемую выходную волну.
Считайте, что если вы повернете V2 в ноль, мы получим треугольный сигнал.
Если мы повернем V3 к нулю, вы сами сможете определить из принципиальной схемы волновой сигнал, который вы получите, Go! Прокрутите вверх!
Вот как полевые транзисторы используются в мультиплексорах.

FET как малошумящий входной усилитель

Как вы определяете шум? Звук, неприятный для ушей, или при разговоре о помехах, которые вызывают ненужную турбулентность на желаемом выходе, делая его скудным или слабым.
Шум возникает во многих механических и электрических приборах, но иногда для некоторых вещей это терпимо, а иногда нет!
Только представьте себе мешающий шум, когда вы транслируете видео или аудио, громкий сигнал, который размывает музыку во время солнечного пляжного дня на вашем радио, никому это не нужно! Поэтому для малошумящего усиления используются полевые транзисторы.
Шум не имеет ничего общего с мощностью сигнала, поэтому он всегда присутствует, даже когда вы закончили прямую трансляцию!
Шумоподавление является недостатком многих электронных устройств, но его яркая сторона заключается в том, что наши полевые транзисторы создают немного меньше шума, особенно если они используются в передней части приемника сигнала.
тоже немного шумят, но у меня есть решение для этого, MOSFET используются там, где недопустим даже небольшой шум, не волнуйтесь, мы поговорим о MOSFET в нашей следующей статье!
Итак, наконец, мы можем сказать, что, если мы используем полевой транзистор_ FET на входе, будет меньшее усиление нежелательного сигнала в нашем сгенерированном выходе.

FET в качестве ограничителя тока

Junction Field Effect Transistors можно использовать для создания цепи ограничения тока.
По этой характеристике и расположению изготавливаются диоды постоянного тока и регуляторы тока, давайте обсудим процесс, но сначала обратимся к принципиальной схеме для лучшего понимания.
Когда происходит превышение напряжения питания из-за каких-либо отклонений в системе, транзистор с эффектом поля перехода немедленно начинает работать в своей активной или насыщенной области, я надеюсь, к настоящему времени вы хорошо осведомлены об активной области эффекта поля перехода. транзистор, если нет, обратитесь к разделу графика ВАХ и его объяснению!
В этом случае полевой транзистор Junction Effect действует как источник тока и предотвращает дальнейший ток нагрузки.

Итак, друзья, этот последний сегмент завершает наше обсуждение полевых транзисторов (FET). Надеюсь, вы узнали что-то новое из этого обсуждения. Для любых предложений, конструктивной критики или небольшой признательности вы можете использовать раздел комментариев ниже. До скорых встреч в следующей теме, удачного дня впереди!

(PDF) Применение биосенсоров на полевых транзисторах (FET)

Применение биосенсоров на полевых транзисторах (FET)

www.jasct.org//DOI:10.5757/ASCT.2014.23.2.61 71

П. Веттигер, Э. Мейер, Х. Гюнтеродт, К. Гербер и

Дж. К. Гимзевски, Science 288, 316 (2000).

[10] Д. Яо, Ф. Ю, Дж. Ким, Дж. Шольц, П. Нильсен, Э.

Синнер и У. Нолл, Nucleic Acids Res. 32, e177

(2004).

[11] П. Бергвельд, IEEE Trans. Биомед. Англ. 70 (1970).

[12] Дж. Джаната и С. Д. Мосс, Biomed. Англ. 6, 241

(1976).

[13] С. Карас, Дж. Джаната, Anal. Chem. 52, 1935

(1980).

[14] М. Марракчи, С. Дзядевич, О. Билоиван, К.

Мартелет, П. Темпл и Н. Яффрезич-Рено,

Материаловедение и инженерия C 26, 369 (2006).

[15] П. Саркар, Microchem. J. 64, 283 (2000).

[16] С. Сетфорд, С. Уайт, Дж. Болбот, Biosens.

Биоэлектрон. 17, 79 (2002).

[17] А. Седра, К.Смит, Oxford University Press

USA (2004).

[18] Б. Стритман, Прентис Холл (1995).

[19] G. Zheng, F. Patolsky, Y. Cui, W. Wang, and C.

Lieber, Nat. Biotechnol. 23, 1294 (2005).

[20] Y. Cui, Q. Wei, H. Park, and C. Lieber, Science

293, 1289 (2001).

[21] С. Х. Хан, С. К. Ким, К. Парк, С. Й. Йи, Х. Парк,

Х. Лю, М. Ким и Б. Х. Чанг, Anal. Чим.

Acta 665, 79 (2010).

[22] E. Souteyrand, J. Cloarec, J. Martin, C. Wilson, I.

Lawrence, S. Mikkelsen и M. Lawrence, J. Phys.

Chem. В 101, 2980 (1997).

[23] Д. Ким, Ю. Чон, Х. Парк, Дж. Шин, П. Чой, Дж.

Ли и Г. Лим, Biosens. Биоэлектрон. 20, 69

(2004).

[24] М. Шёнинг и А. Погосян, Аналитик 127,

1137 (2002).

[25] H.Park, S. Kim, K. Park, H. Lyu, C. Lee, S.

Chung, W. Yun, M. Kim и B. Chung, FEBS

Lett. 583, 157 (2009).

[26] М. Фер, Д. Эрхард, С. Лалонд и В. Фроммер,

Curr. Opin. Plant Biol. 7, 345 (2004).

[27] Х. Парк, С. К. Ким, К. Парк, С. Ю. Йи, Дж. В. Чанг,

Б. Х. Чанг, М. Ким, Sensor Lett. 8, 233

(2010).

[28] В. Волотовский, Н. Ким, Биосенс.Биоэлектрон.

13, 1029 (1998).

[29] А. Харитонов, М. Заяц, А. Лихтенштейн, Э. Кац,

и И. Виллнер, Sens. Actuators B 70, 222 (2000).

[30] М. Заяц, А. Харитонов, Э. Кац, А. Ф.

Бакманн, И. Виллнер, Biosens. Биоэлектрон.

15, 671 (2000).

[31] К. Парк, С. Чой, М. Ли, Б. Сон и С. Чой,

Sens. Actuators B 83, 90 (2002).

[32] E.Stern, R. Wagner, F. Sigworth, R. Breaker, T.

Fahmy, and M. Reed, Nano Lett. 7, 3405 (2007).

[33] Д. Гришабер, Р. Маккензи, Дж. Ворос и Э.

Реймхульт, Сенсоры 8, 1400 (2008).

[34] N. Elfstrom, R. Juhasz, I. Sychugov, T. Engfeldt,

A. Karlstrom, J. Linnros, Nano Lett. 7, 2608

(2007).

[35] Р. Шох, Дж. Хан и П. Рено, Rev. Mod. Phys.

80, 839 (2008).

Полевой транзистор

— обзор

Входные каскады полевых транзисторов

Полевые транзисторы (FET) имеют гораздо более высокий входной импеданс, чем биполярные переходные транзисторы (BJT), и поэтому кажутся идеальными устройствами для входных каскадов операционных усилителей. Однако они не могут быть изготовлены на всех процессах биполярных ИС, и когда процесс позволяет их производство, у них часто возникают собственные проблемы.

Полевые транзисторы

обладают высоким входным сопротивлением, низким током смещения и хорошими высокочастотными характеристиками.(В операционном усилителе более низкий g _m полевых транзисторов допускает более высокие хвостовые токи, тем самым увеличивая максимальную скорость нарастания напряжения.) Полевые транзисторы также имеют гораздо более низкий токовый шум.

С другой стороны, входное напряжение смещения пар полевых транзисторов с длинными хвостами не так хорошо, как смещение соответствующих BJT, и подстройка для минимального смещения одновременно не минимизирует дрейф. Для дрейфа требуется отдельная подстройка, и в результате смещение и дрейф в операционном усилителе с полевым транзистором с полевыми транзисторами, хотя и хороши, но не так хороши, как лучшие биполярные транзисторы.Упрощенная процедура подстройки для входного каскада операционного усилителя на полевых транзисторах показана на рисунке 1-26.

Рисунок 1-26. Входной каскад операционного усилителя с полевым транзистором (JFET) с подстройкой смещения и дрейфа

Операционные усилители с полевым транзистором с полевым переходом можно сделать с очень низким уровнем шума, но задействованные устройства очень большие и имеют довольно высокую входную емкость, которая зависит от входа. напряжение, и поэтому существует компромисс между шумом напряжения и входной емкостью.

Ток смещения операционного усилителя на полевом транзисторе — это ток утечки диффузионного затвора (или утечка защитного диода затвора, который имеет аналогичные характеристики для полевого МОП-транзистора).Такие токи утечки удваиваются при повышении температуры кристалла на каждые 10 ° C, так что ток смещения операционного усилителя на полевом транзисторе в в тысячу раз больше при 125 ° C, чем при 25 ° C. Очевидно, это может быть важно при выборе между операционным усилителем с биполярным или полевым транзистором, особенно в высокотемпературных приложениях, где входной ток смещения биполярного операционного усилителя фактически уменьшается.

До сих пор мы говорили в основном обо всех типах полевых транзисторов, то есть о переходах (JFET) и MOS (MOSFETS). На практике операционные усилители с комбинированной биполярной / JFET-технологией (т.е.е., BiFET) обеспечивают лучшую производительность, чем операционные усилители, использующие только технологию MOSFET или CMOS. В то время как ADI и другие производят высокопроизводительные операционные усилители с входными каскадами MOS или CMOS, в целом эти операционные усилители имеют худшие смещение и дрейф, шум напряжения и высокочастотные характеристики, чем биполярные аналоги. Потребляемая мощность обычно несколько ниже, чем у биполярных операционных усилителей с сопоставимой или даже лучшей производительностью.

JFET-устройства требуют большего запаса по сравнению с BJT, поскольку их напряжение отсечки обычно больше, чем напряжение BJT-базой-эмиттером.Следовательно, их труднее работать при очень низких напряжениях питания (1-2 В). В этом отношении КМОП имеет то преимущество, что требует меньшего запаса по сравнению с полевыми транзисторами.

2D материалов в качестве полупроводникового затвора для полевых транзисторов с собственной защитой от перенапряжения и повышенным током включения

Проблема перенапряжения обычного MG-HEMT

Безопасная работа обычного HEMT с металлическим затвором Шоттки (MG) критически полагается на защиту ворот от перенапряжения.¹⁷ На рисунке 1а схематично изображена структура устройства обычного MG-HEMT. Двумерный электронный газ (2DEG) формируется на границе гетероперехода AlGaN / GaN из-за спонтанной поляризации AlGaN и GaN. ²⁴ Омические контакты истока и стока к 2DEG формируются путем напыления металла и высокотемпературного отжига. Области активных каналов определяются ионной имплантацией. MG сформирован из 5 нм / 6 нм Ni / Au. Подробный процесс изготовления можно найти в разделе «Методы».На рисунке 1b показаны характеристики изготовленного MG-HEMT. Устройство демонстрирует характеристики режима обеднения (D-режима) из-за вызванной поляризацией высокой плотности несущих 2DEG под затвором. Относительно небольшое соотношение ВКЛ / ВЫКЛ (10 ⁵) получается из-за большой утечки обратного затвора. Утечка на затворе становится особенно большой при прямом смещении затвора, которое может стать сопоставимым с током стока и даже вызвать отрицательное значение I _D. Эта большая утечка затвора может не только вызвать плохую изоляцию между управлением затвором и потоком тока в канале, но также является причиной нестабильности порогового напряжения ^9,17 и долговременного ухудшения характеристик устройства (дополнительный рис.1).

Рис. 1

Проблема перенапряжения затвора и утечки AlGaN / GaN HEMT с металлическим затвором Шоттки (MG). a Схематический чертеж обычного AlGaN / GaN HEMT с металлическим затвором Шоттки Ni / Au. b Передаточные кривые и утечки затвора MG-HEMT. c Настройка датчика для определения потенциала канала при различных смещениях затвора. d Измеренный потенциал канала (красные кружки) и эффективные напряжения затвора (фиолетовые и оливковые стрелки). Большое прямое напряжение затвора без какой-либо защиты может вызвать серьезную деградацию устройства.

Эффективное напряжение затвора на барьере AlGaN может быть обнаружено путем измерения разности напряжений между MG и каналом 2DEG.Схема измерения показана на рис. 1c, на котором электрод стока используется в качестве зонда для измерения потенциала канала. Потенциал канала, зависящий от В, , _{, G}, измерен и нанесен на график на рис. 1d, при этом эффективные напряжения затвора (то есть разность напряжений между каналом MG и 2DEG) обозначены стрелками. Из-за истощения канала 2DEG под затвором обратное напряжение затвора на барьере AlGaN ограничено пороговым напряжением истощения 2DEG, что просто объясняет насыщение утечки обратного затвора на рис.1b. В отличие от ограниченного обратного напряжения затвора, прямое напряжение затвора свободно накладывается на весь барьер AlGaN без какой-либо защиты, как показано фиолетовыми стрелками на рис. 1d. Неограниченное прямое напряжение затвора MG-HEMT является причиной наблюдаемых больших утечек затвора и серьезного ухудшения характеристик устройства.

Изготовление и характеристика SG-HEMT

Вместо использования MG установка полупроводникового затвора над барьером AlGaN может обеспечить прямую защиту от перенапряжения и подавление утечки затвора для AlGaN / GaN HEMT.Полупроводниковый затвор должен иметь возможность истощаться из-за большого прямого смещения затвора. Другими словами, полупроводниковый затвор должен иметь носители того же типа, что и канал (в нашем случае n-тип), и, что более важно, он должен быть достаточно тонким и умеренно легированным, таким образом, его проводимость может эффективно модулироваться электрическим полем затвора. . Однако эти требования поставили серьезные задачи перед использованием обычных объемных полупроводников в качестве полупроводникового затвора. Трудно нанести или интегрировать тонкую пленку объемных полупроводников на различные диэлектрики затвора (например,g., часто используемые аморфные high-k диэлектрики для MOSFET) с высоким качеством кристаллов. Несмотря на то, что n-GaN можно эпитаксиально выращивать на барьере AlGaN, по-прежнему довольно сложно поддерживать небольшую толщину n-GaN и в то же время подавлять поверхностное рассеяние, вызванное поверхностными оборванными связями и высококонцентрированными легирующими добавками ( для компенсации отрицательных зарядов спонтанной поляризации на границе раздела фаз). В отличие от обычных объемных полупроводников, слоистые двумерные полупроводники, такие как MoS ₂ и WSe ₂ из семейства дихалькогенидов переходного металла (TMD), имеют поверхность, свободную от оборванных связей.^{19,20,21,25,26} В результате они могут поддерживать высокую подвижность носителей даже с атомарно тонким слоем, который даже превосходит по характеристикам SOI (кремний на изоляторе) и делает их конкурентоспособными в качестве материалы каналов для транзисторов следующего поколения. ^27,28,29 Кроме того, эти слоистые двумерные полупроводники можно выращивать и легко переносить на различные подложки. ^21,23,30,31 Все эти свойства дали слоистым двумерным полупроводникам особое преимущество в качестве подходящего кандидата для реализации полупроводникового затвора.

Экспериментально MoS ₂ широко известен с проводимостью n-типа, ^1,2,23,32, тогда как WSe ₂ чаще встречается с проводимостью p-типа или амбиполярной проводимостью. ^2,22,33 MoS ₂ n-типа принят здесь в качестве полупроводникового затвора для AlGaN / GaN HEMT, чтобы продемонстрировать возможность защиты затвора от перенапряжения. На рис. 2а схематично показана структура устройства SG-HEMT. Почти сплошная пленка MoS ₂ выращена методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) на сапфировой подложке, а затем перенесена на образец AlGaN / GaN.Пакет Ti / Au (10 нм / 100 нм) нанесен на MoS ₂ вне активного канала 2DEG в качестве контактных площадок электрода затвора. Изготовлены две контактные площадки затвора, которые позволяют нам измерять то же устройство, что и транзистор MoS ₂, чтобы контролировать проводимость MoS ₂. Подробные процессы изготовления устройства можно найти в разделе «Методы». Микроскопическое изображение изготовленного SG-HEMT показано на рис. 2б. Из-за относительно низкого контраста подложки однослойный MoS ₂ практически не виден под микроскопом.1 \) показаны на рис. 2г, д соответственно. Синие области на рис. 2d соответствуют металлическим электродам, а форму MoS ₂ SG над барьером AlGaN можно четко определить по ярко выраженной зеленой области на рис. 2e.

Рис. 2

AlGaN / GaN HEMT с однослойным MoS ₂ в качестве полупроводникового затвора (SG). a Схематический чертеж AlGaN / GaN HEMT с однослойным MoS ₂ в качестве полупроводникового затвора. MoS ₂ подвергается воздействию воздуха.1 \) пик. Пунктирные области соответствуют металлическим электродам. f Передаточные кривые SG-HEMT и соответствующие утечки на затворе. г Передаточные кривые того же устройства, измеренные в качестве транзистора MoS ₂ (см. Вставку), с учетом того, что горизонтальная ось V _G перевернута. MoS ₂ истощается, когда затвор SG-HEMT в значительной степени смещен вперед. h Кривые перехода, подпороговое колебание (SS) и i пробой в закрытом состоянии MG-HEMT и SG-HEMT

Измерены кривые перехода и утечки затвора AlGaN / GaN HEMT с полупроводниковым затвором MoS ₂ и изображены на рис.2f. В приборе практически отсутствует гистерезис, так как он в основном определяется интерфейсом AlGaN / GaN. SG может эффективно переключать ток канала 2DEG. По сравнению с MG-HEMT на рис. 1b наблюдается немного более отрицательное пороговое напряжение, что может быть связано с относительно меньшей работой выхода MoS ₂, чем у Ni. ³⁴ Что наиболее важно, в отличие от MG-HEMT, SG-HEMT демонстрирует гораздо меньшую утечку затвора. Например, утечка затвора подавляется, по крайней мере, на пять порядков величины при 5 В, что по-прежнему ограничено разрешающей способностью оборудования датчика затвора.Изготовленный SG-HEMT на рис. 2b также можно измерить как транзистор MoS ₂. Канал 2DEG используется в качестве заднего затвора, в то время как две контактные площадки затвора используются вместо этого в качестве электродов истока и стока, как показано на вставке на рис. 2g. Передаточные кривые транзистора MoS ₂ показаны на рис. 2g с уже инвертированным напряжением на затворе (т. Е. — В _G). При измерении SG-HEMT со смещением затвора В _G, с точки зрения транзистора MoS ₂, напряжение затвора 2DEG составляет всего — В _G.Таким образом, перевернутое значение V _G на фиг. 2g может облегчить идентификацию проводимости как MoS ₂, так и 2DEG путем быстрого сравнения между фиг. 2f, g. Становится ясно, что пленка MoS ₂ может быть исчерпана, когда напряжение MoS ₂ к 2DEG (т.е. В _G на рис. 2f) превышает 0 В, когда канал 2DEG (с порогом напряжение −4 В) уже достаточно включено. MoS ₂ SG сохраняет или даже имеет лучшую проводимость во время выключения канала 2DEG, при этом уровень Ферми MoS ₂ лишь немного поднимается вверх из-за повышенной электронной плотности.В результате, даже если он является полупроводником с регулируемой проводимостью для MoS ₂, его емкостная связь с 2DEG не будет ослабляться при выключении устройства. Наблюдается высокое отношение ВКЛ / ВЫКЛ 10 ⁹ из-за небольшой утечки затвора. По той же причине достигается такое низкое значение SS, как 63 мВ / дек (рис. 2h). Более того, SG не накладывает никаких штрафов на напряжение пробоя, как показано на рис. 2i.

SG-HEMT с различной плотностью носителей SG

Характеристики SG-HEMT на рис.2 измерено с однослойным MoS ₂ на воздухе. Известно, что при воздействии воздуха на концентрацию легирования и подвижность носителей MoS ₂ может значительно влиять адсорбция воздуха. ^32,35,36 Чтобы уменьшить влияние адсорбции и повысить стабильность работы устройства, SG-HEMT дополнительно пассивируется с помощью ALD 5-нм ZrO ₂ и 15-нм Al ₂ O ₃ , как схематически изображено на рис. 3а. Перед осаждением с высоким коэффициентом k используется 20-минутная дистанционная плазменная обработка N ₂ в качестве метода функционализации поверхности для обеспечения равномерного осаждения диэлектрика.^37,38 ZrO ₂ имеет большую диэлектрическую проницаемость, что полезно для увеличения подвижности носителей MoS ₂ за счет экранирования примесного заряда, ^39,40, в то время как Al ₂ O ₃ используется для улучшить изоляцию и стабилизировать работу устройства. ⁴¹

Рис. 3

Пассивированный диэлектриком SG-HEMT и его зависимость утечки затвора от плотности носителей SG. a Схематическое изображение MoS ₂ SG-HEMT, пассивированного 5-нм ZrO ₂ и 15-нм Al ₂ O ₃.Слои ZrO ₂ и Al ₂ O ₃ наносятся методом ALD для изоляции MoS ₂ от воздуха. b Передаточные кривые и утечки затвора SG-HEMT после диэлектрической пассивации high-k. Передаточные кривые транзистора MoS ₂ также показаны в виде сплошных черных линий с уже инвертированным напряжением на затворе 2DEG. c Схематическое изображение MoS ₂ SG-HEMT с дополнительным верхним затвором для контроля легирования MoS ₂ и d на соответствующем оптическом изображении. e Передаточные кривые транзистора MoS ₂ с верхним затвором. f Прямые утечки на затворе SG-HEMT с различной плотностью носителей SG, модулированной электрическим полем

Передаточные кривые SG-HEMT после диэлектрической пассивации high-k показаны на рис. 3b. Устройство измеряется с относительно большим размахом затвора (от -10 В до 10 В). Явных изменений порогового напряжения после диэлектрической пассивации не наблюдается. По сравнению с SG-HEMT до пассивации (рис.2е) утечка затвора увеличивается. Это увеличение утечки затвора может быть связано с изменением условий легирования в MoS ₂ SG, как показано на переходных кривых транзистора MoS ₂ на рис. 3b (черные сплошные линии). После диэлектрической пассивации проводимость MoS ₂ SG значительно возрастает в результате увеличения плотности носителей (на что указывает сдвиг порогового напряжения) и повышенной подвижности электронов (с 0,06 до 6 см ² / В · с).Тем не менее, утечка затвора SG-HEMT все еще намного меньше, чем у MG-HEMT (рис. 1b). Кроме того, на рис. 3b наблюдается насыщение утечки через передний затвор, что позволяет значительно увеличить размах затвора для SG-HEMT (по крайней мере, от -20 В до 20 В, см. Дополнительный рисунок 2) по сравнению с MG-HEMT (6 Не более V при прямом смещении затвора, см. Дополнительный рисунок 1). Ток в закрытом состоянии в основном обусловлен утечкой затвора. По сравнению с SG-HEMT до диэлектрической пассивации минимальная утечка затвора немного увеличивается, возможно, из-за повышенной электронной плотности и пониженной работы выхода MoS ₂ SG после пассивации.Помимо подавленной утечки затвора и большого размаха затвора, импульсные характеристики I — В SG-HEMT предполагают, что SG-HEMT может реагировать, по крайней мере, на быстрое переключение за 5 мкс (дополнительный рисунок 3). Из передаточных кривых на рис. 3b минимальные сопротивления канала MoS ₂ SG и 2DEG можно оценить как R _SG = 131 кОм и R _2DEG = 2,5 кОм, тогда задержка Время можно приблизительно оценить как ( R _SG + R _2DEG) C _AlGaN = 22 нс, в котором C _AlGaN = 0.17 пФ — емкость барьера AlGaN. Становится ясно, что основным узким местом скорости переключения является низкая подвижность носителей (6 см ² / В с) и большое контактное сопротивление (100 Ом · мм) однослойного MoS ₂, ⁴² и того и другого. из которых могут быть дополнительно оптимизированы в будущем, например, за счет использования многослойного MoS ₂ ^31,42,43 или других высокоподвижных двумерных полупроводников ^22,44,45 в качестве SG или использования только SG на краю канала (дополнительный рис.3).

Сравнительные эксперименты SG-HEMT до и после пассивации диэлектрика с высоким k показывают, что на утечку затвора могут существенно влиять условия легирования SG-части устройства. Диэлектрическая пассивация влияет на плотность носителей SG в основном за счет изменения поверхностной адсорбции в воздухе, что на практике относительно трудно контролировать. Напротив, плотность носителей SG удобно и монотонно настраивается внешним электрическим полем. Для дальнейшего изучения влияния легирования SG на утечку затвора и характеристики устройства к SG-HEMT добавлен верхний затвор.Схематическая иллюстрация изготовленного устройства и соответствующее оптическое изображение показаны на рис. 3c, d соответственно. Как демонстрируют передаточные кривые на рис. 3e, плотность носителей SG может эффективно модулироваться верхним затвором. Транзистор MoS ₂ с верхним затвором имеет более отрицательное пороговое напряжение, чем транзистор MoS ₂ с задним затвором 2DEG, что может быть связано с лучшей способностью воздушной изоляции SG-HEMT с верхним затвором с дополнительным верхним затвором. -дверь металлическая.Утечки затвора SG-HEMT измеряются снова, при этом плотность несущих SG настраивается относительной разностью напряжений между верхним затвором и MoS ₂ SG. Утечка затвора сильно зависит от концентрации легирования SG, как показано на рис. 3f. В соответствии с ранее наблюдаемой тенденцией для SG-HEMT до и после пассивации с высоким k, SG с более высокой концентрацией легирования труднее истощить прямым смещением затвора, что приводит к большему напряжению затвора на барьере AlGaN и большему прямому смещению. утечка затвора.

Ограниченное прямое напряжение затвора и повышенный ток включения

Благодаря использованию SG утечка затвора SG-HEMT может быть успешно подавлена без ущерба для SS и напряжения пробоя. Большое прямое смещение затвора не только включает канал 2DEG, но также истощает SG и экспоненциально увеличивает сопротивление затвора, когда В _G приближается к пороговому напряжению истощения SG. Все данные свидетельствуют о том, что полупроводниковая природа MoS ₂ является ключом к улучшенным характеристикам SG-HEMT, а концентрация легирования SG является важным параметром конструкции.Для количественного анализа утечек затвора SG-HEMT упрощенная одномерная модель предложена на рис. 4a. В этой модели 2DEG и MoS ₂ SG упрощены для электрического контакта с одной и той же стороны. Предполагается, что плотность тока вертикальной утечки затвора зависит только от вертикальной разности потенциалов. Вертикальный ток утечки затвора накапливается и течет горизонтально вдоль 2DEG и MoS ₂, что дополнительно влияет на вертикальную разность напряжений, после учета взаимной модуляции проводимости канала 2DEG и MoS ₂ SG вертикальной разностью потенциалов.Во время расчета модуляция взаимной проводимости определяется передаточными характеристиками на рис. 3b, в то время как параметры для вертикальной утечки затвора извлекаются из экспоненциально увеличивающейся утечки затвора MG-HEMT на рис. 1b. Подробный вывод утечки затвора можно найти в дополнительной информации.

Рис. 4

Фиксация напряжения затвора SG-HEMT. a Схема упрощенной одномерной модели для аналитического расчета утечки затвора SG-HEMT.MoS ₂ истощается, когда SG в значительной степени смещен вперед. b Расчетное распределение потенциала по ширине ПГ. c Расчетная утечка затвора SG-HEMT с различными концентрациями легирования SG (которые напрямую определяют значения В _{th_SG}). d Эквивалентная схема SG-HEMT при прямом смещении затвора и e определение ограниченного эффективного напряжения затвора. f Измеренное эффективное напряжение затвора MoS ₂ SG с настройкой датчика, показанной на вставке.Для В _G < В _{th_MoS2} напряжение затвора прикладывается ко всему SG. В то время как для В _G> В _{th_MoS2}, эффективное напряжение затвора ограничено до В _{th_MoS2}. В результате SG может обеспечить внутреннюю защиту от перенапряжения на затворе

На основе упрощенной одномерной модели можно аналитически рассчитать распределение потенциала по ширине затвора, в котором пороговое напряжение истощения MoS ₂ можно предполагается, что напряжение на заднем затворе 2DEG составляет 2 В.Результаты расчетов на рис. 4b ясно показывают, что потенциал SG над каналом 2DEG ограничен близко к напряжению истощения SG, при этом дополнительное напряжение затвора в основном поддерживается областью SG на краю канала. Истощение и ограничение напряжения SG также проверяются с помощью двухмерного моделирования (дополнительный рисунок 4). Утечки затвора SG-HEMT с различными концентрациями легирования SG (которые дают разные пороговые напряжения истощения В _{th_SG}) также рассчитаны и показаны на рис.4c. SG с более высокой концентрацией легирования ограничивает эффективное напряжение затвора до более высокого значения, что приводит к большей утечке затвора. Утечка затвора демонстрирует поведение насыщения, когда SG истощается, что согласуется с экспериментальными результатами на рис. 3b, f (с учетом того, что утечка затвора на рис. 2f по-прежнему ограничена разрешающей способностью оборудования датчика затвора). Поведение насыщения утечки прямого затвора из-за истощения SG не такое резкое, как поведение насыщения утечки обратного затвора на рис.1b. Наши теоретические расчеты показывают, что это вызвано относительно плохой SS модуляции проводимости SG задним затвором 2DEG в нашем эксперименте (дополнительный рис. 5).

Принцип работы использования SG для ограничения напряжения прямого затвора и подавления утечки затвора может быть дополнительно объяснен эквивалентной схемой, изображенной на рис. 4d. В этой схеме SG заменен транзистором MoS ₂ D-режима, который последовательно подключен к затвору MG-HEMT. Затвор транзистора MoS ₂ подключен к истоку GaN HEMT.Напряжение затвора HEMT прикладывается через полупроводник MoS ₂, и большой прямой В _G может истощить MoS ₂, как в случае с SG-HEMT. Для достаточно больших В _G ток, протекающий через транзистор D-режима MoS ₂, не очень чувствителен к В _G, потому что устройство находится в подпороговой области. В результате эффективное напряжение затвора ( В _{G_eff}) можно количественно определить по точке пересечения тока канала MoS ₂ и тока утечки затвора HEMT, как показано на рис.4e. Из-за истощения транзистора MoS ₂ D-режима эффективное напряжение затвора HEMT ограничено. В отличие от защиты от перенапряжения с помощью самонастраиваемого полевого транзистора ¹⁷ предлагаемый SG принципиально не имеет ограничений по пиковому току смещения и, следовательно, по скорости переключения устройства, потому что это метод ограничения напряжения, в то время как метод самозагрузочной защиты только полевой транзистор работает для полевого транзистора с большим током утечки затвора (например, барьер Шоттки с металлическим затвором HEMT).В результате предлагаемая защита от перенапряжения SG может быть реализована во всех типах устройств, таких как MIS-HEMT, независимо от утечки затвора (поскольку проводимость полупроводникового затвора может быть экспоненциально модулирована и, наконец, соответствует утечке затвора) .

Экспериментально ограничение эффективного напряжения SG может быть проверено путем измерения потенциала SG над каналом. Схема измерения изображена на вставке к рис. 4f, а измеренные потенциалы SG показаны в виде синих открытых треугольников.Если смещение затвора ниже порогового напряжения истощения SG, напряжение затвора эффективно прикладывается ко всей области SG. Однако, как только смещение затвора становится больше, чем пороговое напряжение истощения SG, эффективное напряжение затвора ограничивается. Помимо потенциала SG, потенциал канала 2DEG также показан на рис. 4f (красные белые кружки). С введением SG, как прямые, так и обратные напряжения затвора теперь ограничены пороговыми напряжениями истощения SG и 2DEG, соответственно.По сравнению с эквивалентной схемой полупроводниковый затвор может обеспечить внутреннюю защиту от перенапряжения с гораздо более компактной структурой устройства. Что еще более важно, схема SG по своей сути включает в себя как прямую, так и обратную защиту от перенапряжения из-за истощения как канала SG, так и 2DEG, что отсутствует в эквивалентной схеме (при отрицательном В _G смещает D-режим MoS ₂ Полевой транзистор уязвим для выхода из строя затвора).

Ограниченное эффективное напряжение затвора на рис.4f измеряется с плавающим стоком ( I _D = 0 A). В практических приложениях сток смещается для подачи управляющего тока, который изменяет вертикальное напряжение затвора и влияет на фиксированное напряжение затвора. На рис. 5а показана экспериментальная установка для обнаружения потенциала SG при различных смещениях стока. Напряжения зонда при различных смещениях затвора и стока измерены и показаны на рис. 5b. В соответствии с предыдущим результатом при В _D = 0 В измеренное напряжение SG ограничивается пороговым напряжением истощения MoS ₂, т.е.е., В _{th_MoS2} = 2,5 В. При увеличении В _D напряжение зажима зонда также увеличивается, как показано пунктирной линией на рис. 5b. Линия имеет наклон, близкий к 0,5, что можно объяснить распределением потенциала SG на рис. 5в. Из-за значительно настроенной проводимости SG и сильной емкостной связи между MoS ₂ и 2DEG, SG над каналом не является полностью эквипотенциальным для ненулевого смещения стока во время ограничения напряжения затвора.Для В _G> В _{th_MoS2} истощение SG около конца источника ограничивает потенциал SG до В _{th_MoS2}. Однако на конце стока из-за положительного смещения стока V _D истощение SG требует более высокого потенциала SG. Если ток внутри слоя MoS ₂ игнорируется, слой MoS ₂ всегда можно считать истощенным, а напряжение MoS ₂ на стороне стока должно быть В _{th_MoS2} + В _D.Пока потенциал SG все еще меньше, чем В _G, вертикальная разность напряжений между MoS ₂ SG и 2DEG всегда будет ограничиваться пороговым напряжением истощения MoS ₂ SG. Для определенного диапазона смещения стока ( В _D < В _G — В _{th_MoS2}) плотность несущей SG-HEMT остается постоянной вдоль канала без какой-либо модуляции, что в резкий контраст с уменьшением плотности носителей MG-HEMT даже для небольшого положительного V _D.Поскольку измеренное напряжение зонда представляет собой средневзвешенное значение потенциала SG, чтобы гарантировать нулевой общий ток, фиксированное напряжение зонда увеличивается с В _D с наклоном, близким к 0,5.

Рис. 5

Саморегулирующийся потенциал SG со смещениями стока и безопасным повышенным током в открытом состоянии. a Вид сверху датчика для измерения эффективного напряжения SG MoS ₂ SG-HEMT с ненулевым смещением стока. b Измеренное напряжение зонда и его зависимость от В _D для пассивированного MoS ₂ SG-HEMT. c Схема распределения потенциала SG по длине затвора в разрезе. Чтобы гарантировать нулевой чистый ток, измеренное напряжение зонда представляет собой среднее значение потенциала SG над каналом. Кривые производительности d MoS ₂ SG-HEMT и e Ni / Au MG-HEMT. Для SG-HEMT не наблюдается потери тока в открытом состоянии. f Благодаря саморегулирующемуся распределению потенциала затвора, гарантируя безопасную работу, SG-HEMT может даже иметь более высокую среднюю плотность несущих, меньшую длину истощения канала и, следовательно, больший ток насыщения в открытом состоянии

Саморегулирующийся SG-потенциал SG-HEMT на рис.5c предполагает, что SG-HEMT может достичь более высокой средней плотности несущих и, следовательно, большего тока включения, чем MG-HEMT, при сохранении того же максимального напряжения затвора. На рис. 5d, e показаны измеренные выходные характеристики MoS ₂ SG-HEMT и Ni / Au MG-HEMT. Ток в открытом состоянии падает при большом смещении стока из-за эффекта самонагрева. MoS ₂ SG имеет пороговое напряжение истощения 2,5 В (т.е. В _{th_MoS2} = 2,5 В), что ограничивает максимальное вертикальное напряжение затвора до 2.5 В и фиксирует R _ON в линейной области для V _G> V _{th_MoS2}. Однако из-за этого саморегулируемого распределения напряжения SG, выходные кривые SG-HEMT показывают более длинную линейную область и повышенный ток включения в области насыщения для В _G> В _{th_MoS2}, что даже превосходит MG-HEMT. Этот безопасный ток включения SG-HEMT можно дополнительно объяснить различными распределениями плотности несущих SG-HEMT и MG-HEMT.Как схематично показано на рис. 5f, выходные кривые SG-HEMT и MG-HEMT не должны иметь больших различий для В _G < В _{th_MoS2} (за исключением возможной разницы пороговых напряжений из-за различной работы функция MoS ₂ и Ni / Au). Однако, сохраняя максимальное напряжение затвора и безопасную работу, SG-HEMT может быть смещен при В _G> В _{th_MoS2} благодаря присущей способности защиты затвора от перенапряжения.Благодаря саморегулирующемуся потенциалу SG над каналом с увеличенными смещениями стока, SG-HEMT может иметь более высокую среднюю плотность несущих, как схематично показано на вставках на рис. 5f. В результате ток включения увеличивается для SG-HEMT, в то время как безопасная работа устройства гарантируется. Замечено, что для очень больших В _G ( В _G = 6–10 В) ток включения на рис. 5d больше не увеличивается, что указывает на то, что ток течет внутри MoS ₂ сам по себе уже нельзя игнорировать, а напряжение на стороне стока MoS ₂ не может быть просто определено В _{th_MoS2} + В _D (иначе В _{D_sat} и I _ON будет постоянно увеличиваться с V _G).

Применение полевого транзистора | Электронщик

Усилители

Генератор с фазовращателем

Модулятор

Ограничитель тока

Преимущества и недостатки, а так же области применения Полевых Транзисторов

Полевой транзистор — это… Что такое Полевой транзистор?

История создания полевых транзисторов

Схемы включения полевых транзисторов

Классификация полевых транзисторов

Транзисторы с управляющим p-n переходом

Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)

МДП-транзисторы с индуцированным каналом

МДП-транзисторы со встроенным каналом

МДП-структуры специального назначения

Области применения полевых транзисторов

См. также

Ссылки

Примечания

Полевые транзисторы

История создания и реализации полевых транзисторов

Физические основы работы полевого транзистора

Вольт — амперная и сток — затворная характеристики полевого транзистора

Основные технические характеристики полевого транзистора

Рекомендации по применению полевых транзисторов

Полевой транзистор

Часть 2. Полевой транзистор с изолированным затвором MOSFET

Устройство МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом.

Работа МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом N-типа.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Устройство МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом.

Работа МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом N-типа.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора со встроенным каналом.

Преимущества и недостатки полевых транзисторов перед биполярными.

Главные преимущества полевых транзисторов

Главные недостатки полевых транзисторов

В чем различие между полевыми и биполярными транзисторами

Полевые транзисторы затвор — Справочник химика 21

FET Applications — Применение полевых транзисторов

Приложения на полевых транзисторах:

Применения полевого транзистора (FET):

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О мире беспроводной связи RF

Статьи о системах на основе Интернета вещей

RF Статьи о беспроводной связи

5G NR Раздел

Учебные пособия по беспроводным технологиям

RF Technology Stuff

Секция испытаний и измерений

Волоконно-оптическая технология

Поставщики и производители радиочастотных беспроводных устройств

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

* Общая информация о здравоохранении *

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Различные типы датчиков

Поделиться страницей

Перевести страницу

Применение полевых транзисторов для измерения очень малых постоянных токов

Полевой транзистор: определение, символ, работа, характеристики, типы и применение

Определение полевого транзистора

История полевых транзисторов

Униполярность полевого транзистора

Символ полевого транзистора_ FET

Почему полевые транзисторы названы так, или что означает полевой транзистор?

BJT vs FET

Работа полевого транзистора FET

Типы полевых транзисторов

Junction Полевой транзистор JFET

Полевые транзисторы с N-каналом

Полевые транзисторы с P-переходом

Работа переходного полевого транзистора

MOSFET_ металлооксидные полевые транзисторы.

Типы полевых МОП-транзисторов

Характеристики полевого транзистора

Омическая область

Область отсечения

Область насыщения