Inducirani kanalni MOS tranzistori

Princip rada... Kada je napon na gejtu u odnosu na izvor jednak nuli i u prisustvu napona na drenažu, struja odvoda se ispostavlja zanemarljivom. Predstavlja obrnutu struju p-n- prijelaz između podloge i jako dopiranog područja drenaže. Pri negativnom potencijalu na kapiji (za strukturu prikazanu na slici 4.12), kao rezultat prodora električnog polja kroz dielektrični sloj u poluvodič pri niskim naponima gejta, sloj osiromašen većinskim nosiocima i prostorom oblast naelektrisanja koja se sastoji od jonizovanih nekompenzovanih atoma nečistoća.

Pri velikim naponima na vratima U Iz pora se na površini poluvodiča ispod kapije pojavljuje obrnuti sloj, koji je kanal koji povezuje izvor sa drenažom. Debljina i poprečni presjek kanala mijenjat će se promjenom napona na gejtu, pa će se shodno tome mijenjati i struja odvoda, tj. struja u strujnom krugu iu odnosu na snažan izvor napajanja (kolo za uključivanje tranzistora sa efektom polja sa izolacijom p-n-spoj, ali polariteti vanjskih izvora napajanja su različiti za tranzistore sa R- i n-kanal). Ovako se kontroliše struja odvoda u IGBT i indukovanom kanalu.

Zbog činjenice da je kapija odvojena od podloge dielektričnim slojem, struja u krugu gejta je zanemarljiva, a snaga koja se troši iz izvora signala u krugu gejta je takođe mala i potrebna je za kontrolu relativno velikog odvoda. struja. Dakle, MOS tranzistor sa induciranim kanalom može pojačati elektromagnetne oscilacije napona i snage.

Princip pojačanja snage u MIS tranzistorima može se posmatrati sa stanovišta prenosa energije konstantnog električnog polja (energija izvora energije u izlaznom kolu) od strane nosilaca naboja na naizmenično električno polje. U MOS tranzistoru, prije nego što se kanal pojavio, gotovo sav napon izvora napajanja u strujnom kolu pao je preko poluvodiča između izvora i drena, stvarajući relativno veliku konstantnu komponentu jakosti električnog polja. Pod dejstvom napona gejta u poluprovodniku, ispod kapije se pojavljuje kanal kroz koji se nosioci naboja - rupe - kreću od izvora do drena. Rupe, koje se kreću u smjeru konstantne komponente električnog polja, ubrzavaju se ovim poljem, a njihova energija raste zbog energije izvora napajanja u odvodnom krugu. Istovremeno s nastankom kanala i pojavom mobilnih nosilaca naboja u njemu, smanjuje se i napon odvoda, odnosno trenutna vrijednost promjenljive komponente električnog polja u kanalu je usmjerena suprotno od konstantne komponente. Stoga se rupe usporavaju naizmjeničnim električnim poljem, dajući mu dio svoje energije.

Izlazne statičke karakteristike... Priroda zavisnosti I c = = ( U si) at U si = const za MOS tranzistor sa induciranim kanalom je slična prirodi istih zavisnosti za tranzistor sa efektom polja sa kontrolom p-n-tranzicija. Sublinearnost strmih dijelova karakteristika (slika 4.13, a) objašnjava se smanjenjem debljine kanala u blizini drena na

povećanje napona na drenažu i konstantnog napona na gejtu, pošto se potencijali istog predznaka u odnosu na izvor dovode do drena i gejta. Posljedično, razlika potencijala između drena i gejta, odnosno između gejta i dijela kanala koji je uz dren, opada. Drugim riječima, zbog prolaska struje odvoda kroz kanal, kanal postaje neekvipotencijalan po svojoj dužini. Stoga, kako se struja drena povećava, poprečni presjek kanala u blizini drena se smanjuje. Pri naponu zasićenja U U ovom slučaju, kanal se preklapa u blizini drena, a dalje povećanje napona na drenažu uzrokuje vrlo mali porast struje drena.

Sublinearne zavisnosti I c = f(U si) je također uzrokovan efektom zasićenja brzine drifta nosilaca naboja ili smanjenjem njihove mobilnosti u jakim poljima, kao kod tranzistori s efektom polja sa kontrolom p-n- tranzicija.

Sa povećanjem napona gejta (u apsolutnoj vrednosti), izlazne statičke karakteristike se pomeraju u oblast velikih struja odvoda (slika 4.13, a), što je lako razumeti na osnovu principa rada MOS-a. tranzistor sa indukovanim kanalom.

Pri visokim naponima na odvodu može doći do kvara MIS tranzistora, dok mogu biti dvije vrste kvara - kvar p-n- prijelaz ispod odvoda i proboj dielektrika ispod kapije.

Slom p-n-spoj obično ima lavinski karakter, pošto se MIS tranzistori obično prave na silicijumu. U ovom slučaju, probojni napon U Napon na gejtu može uticati na napon na kapiji: budući da se potencijali istog polariteta primenjuju na dren i kapiju MOS tranzistora sa indukovanim kanalom, onda će se sa povećanjem napona gejta on povećati U s.prob. Dielektrični proboj ispod kapije može se dogoditi pri naponu gejta od samo nekoliko desetina volti, budući da je debljina sloja silicijum dioksida oko 0,1 μm. Slom obično ima termički karakter, nastaje kada je struja prikovana, pa stoga i pri niskim energijama naponskih impulsa može doći do nepovratnih promjena u dielektriku. Ova vrsta kvara može nastati kao rezultat akumulacije statičkih naboja, jer je ulazna impedansa MIS tranzistora visoka. Da bi se isključila mogućnost ovog tipa kvara, ulaz MOS tranzistora često je zaštićen zener diodom, koja ograničava napon na kapiji.

Statičke karakteristike prijenosa... Priroda zavisnosti I c = = f(U hi) at U si = const je jasno iz principa rada MOS tranzistora sa indukovanim kanalom. Karakteristike za različite napone odvoda izlaze iz tačke na apscisi, koja odgovara graničnom naponu U si . pore (slika 4.13, b). Sa povećanjem napona odvoda sa konstantnim naponom gejta, struja odvoda raste čak i u ravnom delu statičkih izlaznih karakteristika (slika 4.13, a), što dovodi do pomeranja karakteristika prenosa naviše u izabranom koordinatnom sistemu. .

4.3. Diferencijalni parametri i njihovo određivanje statičkim karakteristikama

Parametri tranzistora se mogu odrediti iz statičkih karakteristika, kao što je prikazano na sl. 4.14. Za radnu tačku A ( U sa / , I c /, U hi /) nagib i diferencijalni otpor određuju se sljedećim izrazima:

(4.10) (4.11)

Pojačanje statičkog napona:

Određuje se pri konstantnoj struji odvoda.

Grafički ga nije uvijek moguće pronaći.

Stoga se izračunava po jednačini µ = SR i .

4.4. Glavni parametri tranzistora sa efektom polja

i njihove indikativne vrijednosti

Glavni parametri tranzistora sa efektom polja uključuju:

1). Karakteristike nagiba

(4.12)

2). Nagib preko podloge

(4.13)

3). Pojačanje statičkog napona µ - od nekoliko jedinica do stotina;

5). Napon praga U zi pore ( U zi pore = 1 ... 6 V).

6). Otpor dren-izvor u otvorenom stanju R otvoren ( R otvoren = 2 ... 300 Ohm), diferencijalni otpor R i = dU / dI U SI = const unutar 5 ... 100 kΩ;

6). Konstantna struja odvoda I smack sa(desetine miliampera - desetine ampera).

7). Preostala struja odvoda I c ost - struja odvoda na naponu U zi uts ( I c odmor = = 0,001 ... 10mA);

osam). Maksimalna frekvencija pojačanja f p je frekvencija na kojoj je pojačanje snage K p jednako jedan ( f p - desetine, stotine megaherca - do nekoliko desetina gigaherca).

devet). Inicijalna struja odvoda I od početka - struja odvoda pri nultom naponu U zi; za tranzistore sa kontrolom p-n- prelaz I sa startom = 0,2 ... 600 mA; sa tehnološki ugrađenim kanalom I sa startom = 0,1 ... 100 mA; sa indukovanim kanalom I sa init = 0,01 ... 0,5 μA.

Oznake tranzistora s efektom polja slične su onima bipolarnih tranzistora, samo se umjesto slova T stavlja slovo P, na primjer, KP1OZA, 2P303V, itd.

Tranzistori sa efektom polja sa Schottky barijerom se široko koriste. Tranzistori koji obećavaju su tranzistori sa efektom polja galij-arsenida koji rade na frekvencijama do desetina - stotina gigaherca, koji se mogu koristiti u mikrotalasnim pojačivačima, pojačavačima snage i generatorima niske razine šuma.

Koliko često ste čuli to ime MOSFET, MOSFET, MOS, polje, MOSFET, IGBT? Da, da... sve su to sinonimi i odnose se na isti radio element.

Puno ime takvog radio elementa na engleski način zvuči kao M etal O xide S emiconductor F polje E efekat T ranzistora (MOSFET), što bukvalno zvuči kao metal-oksid poluvodički tranzistor sa efektom polja. Ako ga pretvorimo u naš moćni ruski jezik, ispada kao tranzistor sa efektom polja sa strukturom Metal Oxide Semiconductor ili jednostavno Mosfet;-). Zašto se naziva i MOSFET MIS tranzistor i ? Šta je razlog tome? O ovim i drugim stvarima saznat ćete u našem članku. Ne prelazite na drugu karticu! ;-)

Vrste MOS tranzistora

U porodici MOS tranzistora postoje uglavnom 4 tipa:

1) N-kanal sa indukovanim kanalom

2) P-kanal sa indukovanim kanalom

3) N-kanalni sa ugrađenim kanalom

4) P-kanal sa ugrađenim kanalom

Kao što ste možda primijetili, jedina razlika je u oznaci samog kanala. Kod indukovanog kanala, on je označen isprekidanom linijom, a kod ugrađenog kanala označen je punom linijom.

U modernom svijetu MOS tranzistori s integriranim kanalom se koriste sve rjeđe, pa ih u našim člancima nećemo doticati, već ćemo razmotriti samo N i P - kanalne tranzistori s induciranim kanalom.

Odakle naziv "MOP"?

Započnimo našu seriju članaka o MOSFET-ovima s najčešćim N-kanalnim MOSFET-om s induciranim kanalom. Idi!

Ako uzmete tanak tanak nož i prerežete MOS tranzistor po dužini, možete vidjeti sljedeću sliku:

Kada se posmatra u smislu hrane na vašem stolu, MOSFET više liči na sendvič. Poluprovodnik tipa P je debeo komad kruha, dielektrik je tanak komad kobasice, a na vrh stavljamo još jedan sloj metala - tanku krišku sira. I dobijamo ovaj sendvič:

A kakva će biti struktura tranzistora od vrha do dna? Sir je metal, kobasica je dielektrik, hljeb je poluprovodnik. Dakle, dobijamo metal-dielektrik-poluprovodnik. A ako uzmemo prva slova svakog imena, onda ćemo dobiti TIR - M metal- D električar NS Dirigent, zar ne? To znači da se takav tranzistor može nazvati prvim slovima MOS tranzistor ;-). A kako se kao dielektrik koristi vrlo tanak sloj silicijum oksida (SiO 2), možemo reći da je gotovo staklo, onda su umjesto naziva "dielektrik" uzeli naziv "oksid, oksid", i ispostavilo se M metal- Ožele- NS Poluprovodnik, skraćeno MOS. E, sad je sve došlo na svoje mjesto ;-)

Struktura MOS tranzistora

Pogledajmo još jednom strukturu našeg MOSFET-a:

Imamo "ciglu" poluprovodničkog materijala P-provodljivosti. Kao što se sjećate, rupe su glavni nosioci u poluvodiču P-tipa, tako da je njihova koncentracija u ovom materijalu mnogo veća od elektrona. Ali elektroni postoje i u P-poluprovodniku. Kao što se sjećate, elektroni u P-poluvodiču jesu manji mediji a njihova koncentracija je vrlo niska u poređenju sa rupama. Zove se "cigla" P-poluprovodnika Podloge... On je osnova MOSFET-a jer se na njemu stvaraju drugi slojevi. Iz podloge izlazi igla sa istim imenom.

Ostali slojevi su materijal tipa N+, dielektrik, metal. Zašto N +, a ne samo N? Činjenica je da je ovaj materijal jako dopiran, odnosno da je koncentracija elektrona u ovom poluvodiču vrlo visoka. Od poluvodiča tipa N +, koji se nalaze na rubovima, polaze dva odvoda: Source i Drain.

Između izvora i odvoda, kroz dielektrik se nalazi metalna ploča iz koje dolazi izlaz i naziva se kapija. Ne postoji električna veza između kapije i drugih pinova. Gejt je generalno izolovan od svih terminala tranzistora, zbog čega se MOSFET naziva i izolovani tranzistor kapije.

MOSFET supstrat

Dakle, gledajući gornju sliku, vidimo da MOS tranzistor u kolu ima 4 terminala (Izvor, Drain, Gate, Supstrat), ali u stvarnosti samo 3. U čemu je kvaka? Poenta je da je supstrat obično povezan sa Izvorom. Ponekad se to već radi u samom tranzistoru tokom faze razvoja. Kao rezultat činjenice da je izvor spojen na podlogu, između odvoda i izvora se formira dioda, koja ponekad nije ni naznačena na dijagramima, ali je uvijek prisutna:

Stoga je potrebno promatrati pinout prilikom povezivanja MOSFET-a na kolo.

Kako MOSFET radi

Sve je isto kao i ovde. Izvor je izlaz gdje glavni nosioci naboja započinju svoj put, Drain je izlaz gdje teku, a Gate je izlaz kojim kontroliramo protok glavnih nosilaca naboja.

Neka Shutter još nigdje nije povezan. Da bismo uredili kretanje elektrona kroz Source-Stoke, potrebno nam je napajanje Bata:

Ako uzmemo u obzir naš tranzistor s gledišta i diode zasnovane na njima, onda možemo nacrtati ekvivalentno kolo za naš crtež. To će izgledati ovako:

gdje

I-izvor, P-substrat, S-stock.

Kao što vidite, dioda VD2 je uključena u suprotnom smjeru, tako da električna struja neće teći nigdje.

Dakle, u ovoj šemi

nije planirano kretanje električne struje.

ALI…

Indukcija kanala u MOSFET-u

Ako se na kapiju primijeni određeni napon, magične transformacije počinju u podlozi. U njemu počinje indukcijski kanal.

Indukcija, indukcija - doslovno znači "vođenje", "utjecaj". Ovaj pojam označava uzbuđenje u objektu bilo kakvog svojstva ili aktivnosti u prisustvu uzbudljivog subjekta (induktora), ali bez direktnog kontakta (na primjer, kroz električno polje). Poslednji izraz za nas ima dublje značenje: „kroz električno polje“.

Tranzistor sa efektom polja

Tranzistor sa efektom polja (engleski... tranzistor sa efektom polja, FET) - poluvodički uređaj u kojem se struja mijenja kao rezultat djelovanja okomito struja električnog polja koju stvara ulazni signal.

Protok radne struje u tranzistoru s efektom polja nastaje zbog nosilaca naboja samo jednog predznaka (elektrona ili rupa), pa se takvi uređaji često svrstavaju u širu klasu unipolarnih elektroničkih uređaja (za razliku od bipolarnih).

U poluvodičkom kristalu s relativno visokom otpornošću, koji se naziva supstrat, stvaraju se dva jako dopirana područja s tipom provodljivosti suprotnim od supstrata. Ove oblasti su prekrivene metalnim elektrodama - izvor i odvod. Udaljenost između jako dopiranih područja izvora i drena može biti manja od mikrona. Površina poluvodičkog kristala između izvora i drena prekrivena je tankim slojem (oko 0,1 μm) dielektrika. Budući da je početni poluvodič za tranzistore sa efektom polja obično silicijum, kao dielektrik se koristi sloj silicijum dioksida SiO 2, koji je narastao na površini silicijumskog kristala visokotemperaturnom oksidacijom. Metalna elektroda - kapija - nanosi se na dielektrični sloj. Rezultat je struktura koja se sastoji od metala, dielektrika i poluvodiča. Stoga se IGBT FET-ovi često nazivaju MOSFET-ovima.

Ulazni otpor MOS tranzistora može dostići 10 10 ... 10 14 Ohm (za tranzistore sa efektom polja sa kontrolnim p-n spojem 10 7 ... 10 9), što je prednost u konstrukciji uređaja visoke preciznosti.

Postoje dvije vrste MOS tranzistora: sa induciranim kanalom i sa ugrađenim kanalom.

U MOS tranzistorima sa induciranim kanalom (slika 2, a) ne postoji provodni kanal između jako dopiranog izvora i odvodnog regiona i stoga se primetna struja odvoda pojavljuje samo na određenom polaritetu i na određenoj vrednosti gejta. napon u odnosu na izvor, koji se naziva granični napon ( U Zipor).

U MIS tranzistorima sa ugrađenim kanalom (slika 2, b), na površini poluprovodnika ispod gejta pri nultom naponu gejta u odnosu na izvor, nalazi se inverzni sloj - kanal koji povezuje izvor sa drenom.

Prikazano na sl. 2, IGBT strukture imaju supstrat provodljivosti n-tipa. Stoga, jako dopirane regije ispod izvora i drena, kao i inducirani i ugrađeni kanal, imaju p-tip provodljivosti. Ako se slični tranzistori kreiraju na podlozi sa p-tipom provodljivosti, tada će njihov kanal imati n-tip provodljivosti.

Inducirani kanalni MOS tranzistori

Kada je napon na gejtu u odnosu na izvor jednak nuli, a u prisustvu napona na drenažu, struja odvoda se ispostavlja zanemarljivom. Predstavlja obrnutu struju pn spoja između podloge i jako dopirane drenažne regije. Pri negativnom potencijalu na kapiji (za strukturu prikazanu na slici 2, a) kao rezultat prodora električnog polja kroz dielektrični sloj u poluvodič pri niskim naponima kapije (niži U Zipor) blizu površine poluprovodnika ispod kapije pojavljuje se sloj osiromašen najvećim nosiocima, efekat polja i oblast prostornog naboja koja se sastoji od jonizovanih nekompenzovanih atoma nečistoća. Pri velikim naponima na vratima U Zipor, na površini poluprovodnika ispod gejta pojavljuje se inverzni sloj, koji je kanal koji povezuje izvor sa odvodom. Debljina i poprečni presjek kanala mijenjat će se s promjenom napona na vratima, a mijenjat će se i struja odvoda, odnosno struja u strujnom krugu i relativno snažnom izvoru napajanja. Ovako se kontroliše struja odvoda u IGBT i indukovanom kanalu.

Zbog činjenice da je kapija odvojena od podloge dielektričnim slojem, struja u krugu gejta je zanemariva, a snaga koja se troši iz izvora signala u krugu gejta je takođe mala i potrebna je za kontrolu relativno velikog odvoda. struja. Dakle, MOS tranzistor sa induciranim kanalom može pojačati elektromagnetne oscilacije napona i snage.

Princip pojačanja snage u MIS tranzistorima može se posmatrati sa stanovišta prenosa energije konstantnog električnog polja (energija izvora energije u izlaznom kolu) od strane nosilaca naboja na naizmenično električno polje. U MOS tranzistoru, prije nego što se kanal pojavio, gotovo cijeli napon izvora napajanja u strujnom kolu pao je preko poluvodiča između izvora i drena, stvarajući relativno veliku konstantnu komponentu jakosti električnog polja. Pod dejstvom napona gejta u poluprovodniku, ispod kapije se pojavljuje kanal kroz koji se nosioci naboja - rupe - kreću od izvora do drena. Rupe, koje se kreću u smjeru konstantne komponente električnog polja, ubrzavaju se ovim poljem i njihova energija raste zbog energije izvora napajanja u odvodnom krugu. Istovremeno s nastankom kanala i pojavom mobilnih nosilaca naboja u njemu, napon na drenažu opada, odnosno trenutna vrijednost promjenljive komponente električnog polja u kanalu je usmjerena suprotno od konstantne komponente. Stoga se rupe usporavaju naizmjeničnim električnim poljem, dajući mu dio svoje energije.

MIS tranzistori sa ugrađenim kanalom

Rice. 3. Izlazne statičke karakteristike (a) i statičke karakteristike prijenosa (b) MOS tranzistora s ugrađenim kanalom.

Zbog prisustva ugrađenog kanala u takvom MOS tranzistoru na nultom naponu gejta (vidi sliku 2, b), poprečni presjek kanala i provodljivost će se promijeniti s promjenom napona gejta, negativnog i pozitivnog polariteta . Dakle, MIS tranzistor sa integrisanim kanalom može da radi u dva režima: u režimu obogaćivanja i u režimu iscrpljivanja kanala sa nosiocima naboja. Ova karakteristika MOS tranzistora sa ugrađenim kanalom se takođe ogleda u pomeranju izlaznih statičkih karakteristika pri promeni napona na gejtu i njegovog polariteta (slika 3).

Statičke karakteristike prenosa (slika 3, b) izlaze iz tačke na osi apscise koja odgovara graničnom naponu U zyots odnosno napon između gejta i izvora iscrpljenog MOSFET-a u kojem struja odvoda dostiže unaprijed određenu nisku vrijednost.

Proračunske formule u zavisnosti od napona U ZI

1. Tranzistor je zatvoren

Vrijednost praga napona MIS tranzistora

2. Parabolični presek.

Specifičan nagib prijenosne karakteristike tranzistora.

3. Dalje povećanje dovodi do prelaska na blagi nivo.

- Hovsteinova jednadžba.

TIR konstrukcije za posebne namjene

U strukturama tipa metal-nitrid-oksid-poluprovodnik (MNOS), dielektrik ispod kapije je napravljen u dva sloja: sloj od SiO 2 oksida i debeli sloj od Si 3 N 4 nitrida. Između slojeva se formiraju zamke elektrona koje, kada se na kapiju MNOS strukture dovede pozitivan napon (28..30 V), hvataju elektrone koji tuneliraju kroz tanak sloj SiO 2. Rezultirajući negativno nabijeni ioni povećavaju granični napon, a njihov naboj se može pohraniti i do nekoliko godina u nedostatku struje, budući da sloj SiO 2 sprječava curenje naboja. Kada se veliki negativni napon (28 ... 30 V) primijeni na kapiju, akumulirani naboj se apsorbira, što značajno smanjuje granični napon.

Strukture poluvodičkih metalnih oksida (MOS) sa lavinskim ubrizgavanjem s plutajućim vratima (LISMOS) imaju polisilicijumsku kapiju izoliranu od ostalih dijelova strukture. Lavini slom p-n spoja supstrata i drena ili izvora, na koji se primjenjuje visoki napon, omogućava elektronima da prodru kroz oksidni sloj do kapije, uslijed čega se na njoj pojavljuje negativan naboj. Izolaciona svojstva dielektrika omogućavaju da se ovaj naboj zadrži decenijama. Uklanjanje električnog naboja sa kapije vrši se jonizujućim ultraljubičastim zračenjem kvarcnim lampama, dok fotostruja omogućava rekombinaciju elektrona sa rupama.

Kasnije su razvijene strukture tranzistora sa efektom polja za skladištenje sa dvostrukom kapijom. Zatvarač ugrađen u dielektrik služi za skladištenje naboja koji određuje stanje uređaja, a eksterni (konvencionalni) zatvarač, kontrolisan multipolarnim impulsima za uvođenje ili uklanjanje naboja na ugrađenom (unutrašnjem) zatvaraču. Tako su se pojavile ćelije, a potom i mikro kola fleš memorije, koja su ovih dana stekla veliku popularnost i napravila značajnu konkurenciju čvrstim diskovima u računarima.

Za implementaciju veoma velikih integrisanih kola (VLSI) kreirani su subminijaturni poljski mikrotranzistori. Izrađuju se pomoću nanotehnologije s geometrijskom rezolucijom manjom od 100 nm. U takvim uređajima, debljina dielektrika kapije doseže nekoliko atomskih slojeva. Koriste se različite strukture, uključujući i trostruke kapije. Uređaji rade u režimu mikronapajanja. U modernim mikroprocesorima Intel korporacije, broj uređaja se kreće od desetina miliona do 2 milijarde. Najnoviji mikrotranzistori sa efektom polja napravljeni su od napetog silicijuma, imaju metalnu kapiju i koriste novi patentirani materijal za dielektrik kapije na bazi jedinjenja hafnija.

U posljednjih četvrt stoljeća, snažni tranzistori sa efektom polja, uglavnom tipa MIS, brzo su se razvili. Sastoje se od mnogih struktura male snage ili struktura sa razgranatom konfiguracijom kapije. Takve visokofrekventne i mikrotalasne uređaje prvi su stvorili u SSSR-u stručnjaci Instituta za istraživanje Pulsar VV Bachurin (silicijumski uređaji) i V. Ya. Vaksemburg (uređaji s galij-arsenidnim). Proučavanje njihovih impulsnih svojstava proveli su naučna škola prof. Dyakonova V.P. (Smolenska podružnica MPEI). Ovo je otvorilo polje razvoja moćnih tranzistora sa ključnim (impulsnim) efektom polja sa posebnim strukturama, koji imaju visoke radne napone i struje (posebno do 500-1000 V i 50-100 A). Takvi uređaji se često upravljaju niskim (do 5 V) naponom, imaju nizak otpor u otvorenom stanju (do 0,01 Ohm) u visokostrujnim uređajima, veliki nagib i mala (u jedinicama do desetina ns) vremena uključivanja. Nemaju fenomen nakupljanja nosača u strukturi i fenomen zasićenja svojstven bipolarnim tranzistorima. Kao rezultat toga, tranzistori s efektom polja velike snage uspješno zamjenjuju bipolarne tranzistori velike snage u oblasti elektronike male i srednje snage.

U inostranstvu se poslednjih decenija ubrzano razvija tehnologija visoko pokretnih elektronskih tranzistora (HME), koji se široko koriste u mikrotalasnim komunikacijskim i radio-nadzornim uređajima. Na bazi TVPE kreiraju se i hibridna i monolitna mikrotalasna integrisana kola ( engleski)). Rad TVET-a se zasniva na kontroli kanala pomoću dvodimenzionalnog elektronskog gasa, čija se oblast stvara ispod kontakta gejta zbog upotrebe heterospojnice i veoma tankog dielektričnog sloja - odstojnika.

Područja primjene tranzistora sa efektom polja

Značajan dio trenutno proizvedenih tranzistora sa efektom polja dio je CMOS struktura, koje su izgrađene od tranzistora sa efektom polja sa kanalima različitih (p- i n-) tipova provodljivosti i koji se široko koriste u digitalnim i analognim integriranim kolima.

Zbog činjenice da se tranzistori s efektom polja kontroliraju poljem (veličina napona primijenjenog na kapiju), a ne strujom koja teče kroz bazu (kao u bipolarnim tranzistorima), tranzistori s efektom polja troše znatno manje energije , što je posebno važno u krugovima uređaja za čekanje i praćenje, kao i u shemama niske potrošnje i uštede energije (implementacija režima mirovanja).

Izvanredni primjeri FET uređaja su kvarcni ručni satovi i daljinski upravljači za TV. Zbog upotrebe CMOS struktura, ovi uređaji mogu raditi i do nekoliko godina, jer praktički ne troše energiju.

Područja primjene moćnih tranzistora s efektom polja razvijaju se ogromnom brzinom. Njihova upotreba u radio predajnicima omogućava povećanje čistoće spektra zračenih radio signala, smanjenje nivoa smetnji i povećanje pouzdanosti radio predajnika. U energetskoj elektronici, ključni tranzistori velike snage sa efektom polja uspješno zamjenjuju i zamjenjuju bipolarne tranzistori velike snage. U energetskim pretvaračima omogućavaju povećanje frekvencije konverzije za 1-2 reda veličine i drastično smanjenje veličine i težine energetskih pretvarača. Uređaji velike snage koriste polje kontrolirane bipolarne tranzistore (IGBT) kako bi uspješno istisnuli tiristore. U vrhunskim audio pojačalima HiFi i HiEnd, moćni tranzistori sa efektom polja uspješno zamjenjuju moćne vakuumske cijevi, budući da imaju niska nelinearna i dinamička izobličenja.

vidi takođe

Linkovi

Bilješke (uredi)

Pasivno čvrsto stanje	Otpornik Promjenjivi otpornik Trimer otpornik Varistor kondenzator Varijabilni kondenzator Trimer kondenzator Induktor Kvarcni rezonator Osigurač Osigurač koji se samoizliječi Transformer
Aktivno čvrsto stanje	Diode LED fotodioda Poluprovodnički laser · Schottky dioda Stabilizator zener diode Varicap Varicond Diodni most · Avalanche diode · Tunelska dioda · Gunn dioda Tranzistor · Bipolarni tranzistor · Tranzistor sa efektom polja · CMOS tranzistor · Jednospojni tranzistor Fototranzistor Kompozitni tranzistor Balistički tranzistor Integralno kolo · Digitalno integrirano kolo · Analogno integrirano kolo Tiristor Triac Dinistor Memristor
Pasivni vakuum	Barretter
Aktivni vakuum i plinsko pražnjenje

Poluprovodnički elementi stalno rastu. Svaki novi izum u ovoj oblasti, zapravo, mijenja cijeli koncept elektronskih sistema. Mogućnosti dizajna kola se mijenjaju, na njihovoj osnovi se pojavljuju novi uređaji. Prošlo je dosta vremena od izuma (1948). Izumljene su strukture "p-n-p" i "n-p-n". Vremenom se pojavio MIS tranzistor, koji radi na principu promene električne provodljivosti poluprovodničkog sloja blizu površine pod dejstvom električnog polja. Otuda i drugo ime za ovaj element - polje.

Sama skraćenica MIS (metal-dielektrik-poluprovodnik) karakteriše unutrašnju strukturu ovog uređaja. Zaista, njegova kapija je izolirana od drenaže i izvora tankim neprovodljivim slojem. Moderni MOS tranzistor ima dužinu kapije od 0,6 μm. Samo elektromagnetno polje može proći kroz njega - tako da utiče na električno stanje poluprovodnika.

Pogledajmo kako to funkcionira i saznajmo koja je njegova glavna razlika od bipolarnog "brata". Kada se pojavi traženi potencijal, na njegovoj kapiji se pojavljuje elektromagnetno polje. Utiče na otpor spoja odvod-izvor. Evo nekih od prednosti korištenja ovog uređaja.

Prilikom projektovanja i rada sa ovim elementima mora se imati na umu da su MIS tranzistori veoma osetljivi na prenapon u kolu, odnosno da uređaj može da pokvari pri dodirivanju kontrolnih izlaza. Za montažu ili demontažu koristite posebno uzemljenje.

Izgledi za korištenje ovog uređaja su vrlo dobri. Zbog svojih jedinstvenih svojstava našao je široku primjenu u raznim elektroničkim uređajima. Inovativni pravac u modernoj elektronici je upotreba energetskih IGBT modula za rad u različitim krugovima, uključujući indukciju.

Njihova proizvodna tehnologija se stalno unapređuje. U toku je razvoj za skaliranje (smanjenje) dužine zatvarača. Ovo će poboljšati već dobre radne parametre uređaja.

Na shematskim dijagramima možete pronaći oznaku tranzistora s efektom polja jednog ili drugog tipa.

Kako se ne bismo zbunili i dobili najpotpuniju ideju o tome kakav se tranzistor koristi u krugu, uporedimo konvencionalnu grafičku oznaku unipolarnog tranzistora i njegove karakteristične osobine i karakteristike.

Bez obzira na vrstu tranzistora sa efektom polja, on ima tri terminala. Jedan od njih se zove Kapija(H). Kapija je kontrolna elektroda, na nju se primjenjuje upravljački napon. Poziva se sljedeći izlaz Izvor(I). Izvor je sličan emiteru bipolarnih tranzistora. Treći pin se zove Stoke(WITH). Odvod je izlaz iz kojeg se uzima izlazna struja.

Na stranim elektronskim kolima možete vidjeti sljedeću oznaku terminala unipolarnih tranzistora:

G- kapak (sa engleskog - G jeo "zatvarač", "kapija");

S- izvor (sa engleskog - S ource "izvor", "početak");

D- zaliha (sa engleskog - D kiša "izlivanje", "curenje").

Poznavajući strane oznake terminala tranzistora s efektom polja, bit će lako razumjeti sklopove uvezene elektronike.

Oznaka tranzistora sa efektom polja sa upravljačkim p-n - spojem (J-FET).

Dakle. Tranzistor sa kontrolnim pn spojem prikazan je na dijagramima kako slijedi:

n-kanalni J-FET

p-kanalni J-FET

Ovisno o vrsti nosača koji se koriste za formiranje provodnog kanala (područje kroz koje teče regulirana struja), ovi tranzistori mogu biti n-kanalni i p-kanalni. Grafička oznaka pokazuje da su n-kanali prikazani strelicom usmjerenom prema unutra, a p-kanali - prema van.

Oznaka MOS tranzistora.

Unipolarni MOS tranzistori (MOSFET) imaju malo drugačiju konvencionalnu grafičku oznaku od J-FET-a sa kontrolnim pn spojem. MOSFET-ovi takođe mogu biti n-kanalni ili p-kanalni.

MOSFET-ovi su dva tipa: ugrađeni kanal i indukovanog kanala.

Koja je razlika?

Razlika je u tome što se inducirani kanalni tranzistor otvara samo kada se na gejtu primijeni pozitivan ili samo negativan napon praga. granični napon ( U onda ) Je li napon između izlaza kapije i izvora, pri kojem se tranzistor s efektom polja otvara i kroz njega počinje teći struja odvoda ( I c ).

Polaritet graničnog napona zavisi od tipa kanala. Za mosfete sa p-kanalom, negativan "-" napon se mora primeniti na gejt, a za one sa n-kanalom, pozitivan "+" napon. Mosfeti sa indukovanim kanalom nazivaju se i tranzistori. obogaćenog tipa... Stoga, ako čujete šta se kaže o obogaćenom tipu MOSFET-a, trebali biste znati da je ovo tranzistor s induciranim kanalom. Simbol je prikazan ispod.

n-kanalni MOSFET

p-kanalni MOSFET

Glavna razlika između MOS tranzistora sa induciranim kanalom i tranzistora sa efektom polja sa ugrađenim kanalom je u tome što se otvara samo pri određenoj vrijednosti (U prag) pozitivnog ili negativnog napona (ovisno o vrsti kanala - n ili p).

Tranzistor sa ugrađenim kanalom otvara se već na "0", a s negativnim naponom na kapiji radi u lean mode(takođe otvoren, ali prolazi manje struje). Ako se na kapiju dovede pozitivan "+" napon, ona će se nastaviti otvarati i ići u tzv. režim obogaćivanja- struja odvoda će se povećati. Ovaj primjer opisuje rad n-kanalnog mosfeta "i sa ugrađenim kanalom. Nazivaju se i tranzistorima. osiromašeni tip... Ispod je prikazana njihova konvencionalna slika na dijagramima.

Na konvencionalnoj grafičkoj oznaci, tranzistor s induciranim kanalom može se razlikovati od tranzistora s ugrađenim kanalom prelamanjem vertikalne linije.

Ponekad u tehničkoj literaturi možete vidjeti sliku MOSFET-a sa četvrtim pinom, koji je nastavak linije strelice koja označava vrstu kanala. Dakle, četvrti izlaz je izlaz supstrata. Takva slika mosfeta se u pravilu koristi za opisivanje diskretnog (tj. odvojenog) tranzistora i koristi se samo kao ilustrativni model. Tokom procesa proizvodnje, supstrat je obično povezan sa izvornim terminalom.

MOSFET sa izlazom supstrata

Power MOSFET oznaka

Kao rezultat veze izvora i supstrata u polju mosfet strukturi, a ugrađena dioda... Ova dioda ne utječe na rad uređaja, jer je uključena u krug u suprotnom smjeru. U nekim slučajevima se u praksi može koristiti ugrađena dioda, koja se formira zahvaljujući tehnološkim karakteristikama proizvodnje MOSFET-a velike snage.U najnovijim generacijama energetskih MOS-tranzistora ugrađena dioda je koristi se za zaštitu samog elementa.

Ugrađena dioda na simbolu snažnog MOS tranzistora možda neće biti naznačena, iako je u stvarnosti takva dioda prisutna u bilo kojem moćnom polju.