ترانزیستورهای MOS با کانال القایی

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد. زمانی که ولتاژ گیت نسبت به منبع باشد برابر با صفرو در صورت وجود ولتاژ در تخلیه، جریان تخلیه ناچیز است. این نشان دهنده جریان معکوس است р-n- انتقال بین بستر و منطقه زهکشی که به شدت دوپ شده است. در یک پتانسیل منفی روی دروازه (برای ساختار نشان داده شده در شکل 4.12)، در نتیجه نفوذ میدان الکتریکی از طریق لایه دی الکتریک به نیمه هادی در ولتاژهای پایین روی دروازه، یک لایه خالی از حامل های اصلی و یک ناحیه بار فضایی متشکل از ناخالصی های یونیزه نشده جبران نشده در سطح نیمه هادی زیر اتم های دروازه ظاهر می شود.

در گیت ولتاژ بزرگ Uبنابراین، یک لایه معکوس در سطح نیمه هادی زیر دروازه ظاهر می شود که کانال اتصال منبع به زهکش است. ضخامت و مقطع کانال با تغییر ولتاژ دروازه تغییر می کند و جریان تخلیه بر این اساس تغییر می کند، یعنی جریان در مدار بار و نسبتاً تغییر می کند. منبع قدرتمندمنبع تغذیه (مدار اتصال ترانزیستور اثر میدانی با گیت عایق مشابه مدار اتصال ترانزیستور اثر میدانی با کنترل است. р-nانتقال، اما قطبیت منابع خارجیمنابع تغذیه برای ترانزیستورهای دارای متفاوت است آر- و n-کانال). به این ترتیب جریان تخلیه در یک ترانزیستور اثر میدانی با یک دروازه عایق و یک کانال القایی کنترل می شود.

با توجه به اینکه گیت توسط یک لایه دی الکتریک از بستر جدا می شود، جریان در مدار گیت ناچیز است و توان مصرفی از منبع سیگنال در مدار گیت و مورد نیاز برای کنترل جریان تخلیه نسبتاً بزرگ نیز کم است. . بنابراین، یک ترانزیستور MOS کانال القایی می تواند تقویت ایجاد کند ارتعاشات الکترومغناطیسیدر ولتاژ و توان

اصل تقویت توان در ترانزیستورهای MOS را می توان از دیدگاه حامل های بار در نظر گرفت که انرژی یک میدان الکتریکی ثابت (انرژی منبع توان در مدار خروجی) را به یک میدان الکتریکی متناوب منتقل می کنند. در یک ترانزیستور MOS، قبل از اینکه کانال ظاهر شود، تقریباً تمام ولتاژ منبع تغذیه در مدار تخلیه در سراسر نیمه هادی بین منبع و تخلیه کاهش می یابد و یک جزء DC نسبتاً بزرگ از قدرت میدان الکتریکی ایجاد می کند. تحت تأثیر ولتاژ روی دروازه، کانالی در نیمه هادی زیر دروازه ظاهر می شود که در امتداد آن حامل های شارژ - سوراخ ها - از منبع به تخلیه حرکت می کنند. سوراخ ها که در جهت جزء ثابت میدان الکتریکی حرکت می کنند توسط این میدان شتاب می گیرند و انرژی آنها به دلیل انرژی منبع برق در مدار تخلیه افزایش می یابد. همزمان با ظهور یک کانال و ظهور حامل های شارژ سیار در آن، ولتاژ در تخلیه کاهش می یابد، یعنی. ارزش لحظه ایمولفه متغیر میدان الکتریکی در کانال در جهت مخالف مولفه ثابت است. بنابراین، سوراخ ها توسط یک میدان الکتریکی متناوب مهار می شوند و بخشی از انرژی خود را به آن می دهند.

مشخصات استاتیک خروجی. ماهیت وابستگی ها منج = =( U si) در U zi = const برای یک ترانزیستور MOS با یک کانال القایی شبیه به ماهیت وابستگی های یکسان برای یک ترانزیستور اثر میدانی با یک کنترل است. р-n-انتقال زیرخطی بودن قسمت های شیب دار مشخصه ها (شکل 4.13، آ) با کاهش ضخامت کانال در نزدیکی زهکش در توضیح داده می شود

افزایش ولتاژ تخلیه و ولتاژ ثابتروی دروازه، زیرا پتانسیل های یک علامت نسبت به منبع به زهکش و دروازه اعمال می شود. در نتیجه اختلاف پتانسیل بین زهکش و گیت یا بین گیت و قسمت مجاور زهکش کاهش می یابد. به عبارت دیگر، به دلیل عبور جریان تخلیه از کانال، کانال در طول خود پتانسیل برابری ندارد. بنابراین، با افزایش جریان تخلیه، سطح مقطع کانال نزدیک زهکش کاهش می یابد. در ولتاژ اشباع Uوقتی این کار را انجام می دهیم، کانال در نزدیکی درین بسته می شود و افزایش بیشتر ولتاژ در درین باعث افزایش بسیار کمی در جریان تخلیه می شود.

ماهیت زیرخطی وابستگی ها من c = f(Uج) همچنین ناشی از اثر اشباع سرعت رانش حامل های بار یا کاهش تحرک آنها در میدان های قوی است، مانند ترانزیستورهای اثر میدان با کنترل р-n- انتقال

با افزایش ولتاژ گیت (در مقدار مطلق)، مشخصه های استاتیکی خروجی به ناحیه جریان های تخلیه بالا تغییر می کند (شکل 4.13، a)، که بر اساس اصل عملکرد یک ترانزیستور MOS کانال القایی به راحتی قابل درک است.

در ولتاژهای بالا در تخلیه، خرابی ترانزیستور MOS ممکن است رخ دهد و دو نوع خرابی وجود دارد - خرابی р-n- اتصال زیر تخلیه و خرابی دی الکتریک زیر دروازه.

درهم شکستن p-n- انتقال معمولاً ماهیت بهمنی دارد، زیرا ترانزیستورهای MOS معمولاً بر روی سیلیکون ساخته می شوند. در همان زمان، ولتاژ شکست Uنمونه‌های si را می‌توان تحت‌تاثیر ولتاژ در گیت قرار داد: از آنجایی که پتانسیل‌هایی با قطبیت یکسان به تخلیه و دروازه ترانزیستور MOS با یک کانال القایی اعمال می‌شود، پس با افزایش ولتاژ در گیت افزایش می‌یابد. U si.prob. شکست دی الکتریک زیر دروازه می تواند در ولتاژ دروازه تنها چند ده ولت رخ دهد، زیرا ضخامت لایه دی اکسید سیلیکون حدود 0.1 میکرون است. خرابی معمولاً ماهیت حرارتی دارد و زمانی رخ می دهد که جریان جریان داشته باشد، و بنابراین، حتی در انرژی های پایین پالس های ولتاژ، تغییرات برگشت ناپذیری در دی الکتریک می تواند رخ دهد. این نوع شکست می تواند در نتیجه تجمع بارهای ساکن رخ دهد، زیرا امپدانس ورودیترانزیستورهای MOS بزرگ هستند. برای از بین بردن احتمال این نوع خرابی، ورودی ترانزیستور MOS اغلب با یک دیود زنر محافظت می شود که ولتاژ در گیت را محدود می کند.

ویژگی های انتقال استاتیک. ماهیت وابستگی ها من c = = f(U zi) در U si = const از اصل عملکرد یک ترانزیستور MOS با کانال القایی مشخص است. خصوصیات برای ولتاژهای مختلفدر خروجی تخلیه از نقطه محور x مربوط به ولتاژ آستانه U zi . منافذ (شکل 4.13، ب). با افزایش ولتاژ تخلیه در یک ولتاژ دروازه ثابت، جریان تخلیه حتی در قسمت صاف مشخصه های خروجی استاتیک افزایش می یابد (شکل 4.13، a)، که منجر به تغییر رو به بالا در مشخصات انتقال در سیستم مختصات انتخاب شده می شود. .

4.3. پارامترهای دیفرانسیل و تعیین آنها بر اساس ویژگی های استاتیکی

پارامترهای ترانزیستور را می توان با ویژگی های استاتیک تعیین کرد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 4.14. برای نقطه عملیاتی A ( Uبا / , منج/، U zi /) شیب و مقاومت دیفرانسیل با عبارات زیر تعیین می شود:

(4.10) (4.11)

بهره ولتاژ استاتیک:

تعیین زمانی که جریان تخلیه ثابت است.

همیشه نمی توان آن را به صورت گرافیکی پیدا کرد.

بنابراین با استفاده از معادله µ = محاسبه می شود SR i .

4.4. پارامترهای اساسی ترانزیستورهای اثر میدانی

و مقادیر تقریبی آنها

پارامترهای اصلی ترانزیستورهای اثر میدانی عبارتند از:

1). ویژگی های شیب

(4.12)

2). شیب ویژگی ها در سراسر بستر

(4.13)

3). بهره ولتاژ استاتیک μ - از چند واحد تا صدها.

5). ولتاژ آستانه Uزی پور ( Uزیپور = 1...6 ولت).

6). مقاومت منبع تخلیه در حالت باز آر otk ( آرباز = 2…300 اهم)، مقاومت دیفرانسیل R i = dU/dI U SI = const در 5 ... 100 کیلو اهم.

6). دی سیزه کشی منلذت بردن با(ده ها میلی آمپر - ده ها آمپر).

7). جریان تخلیه باقیمانده من c ost - جریان تخلیه در ولتاژ Uزی اوتس ( من c ost = = 0.001…10mA)؛

8). حداکثر فرکانسکسب کردن f p - فرکانس افزایش توان K p برابر با یک (f p - ده ها، صدها مگاهرتز - تا چند ده گیگاهرتز).

9). جریان تخلیه اولیه I از شروع – جریان تخلیه در ولتاژ صفر U zi; برای ترانزیستورهای دارای کنترل p-n-انتقال I از شروع = 0.2 ... 600 میلی آمپر; با تکنولوژی داخلی کانال I از شروع = 0.1 ... 100 میلی آمپر. با کانال القایی I از شروع = 0.01 ... 0.5 µA.

نامگذاری ترانزیستورهای اثر میدانی مشابه آن است ترانزیستورهای دوقطبی، فقط به جای حرف T حرف P قرار می گیرد، مثلا KP1OZA، 2P303V و غیره.

ترانزیستورهای اثر میدانی با مانع شاتکی در حال گسترش هستند. ترانزیستورهای امیدوار کننده ترانزیستورهای اثر میدانی مبتنی بر آرسنید گالیم هستند که در فرکانس‌هایی تا ده‌ها تا صدها گیگاهرتز کار می‌کنند که می‌توانند در تقویت‌کننده‌های مایکروویو کم‌نویز، تقویت‌کننده‌های قدرت و ژنراتورها استفاده شوند.

چند بار این نام را شنیده اید MOS، MOSFET، MOS، ترانزیستور اثر میدانی، ترانزیستور MOS، ترانزیستور گیت عایق? بله بله... اینها همه مترادف هستند و اشاره به همان عنصر رادیویی دارند.

نام کامل چنین عنصر رادیویی در انگلیسی به نظر می رسد م etal Oاکسید اسامی هادی افرشته Eاثر تیترانزیستورها (MOSFET)، که در ترجمه تحت اللفظی مانند ترانزیستور نفوذ میدان نیمه هادی اکسید فلز به نظر می رسد. اگر آن را به زبان قدرتمند روسی ما تبدیل کنید، به نظر می رسد ترانزیستور اثر میدانی با ساختار نیمه هادی اکسید فلزیا به سادگی ماسفت;-). چرا ماسفت نیز نامیده می شود ترانزیستور MOSو ? این به چه چیزی مرتبط است؟ در مقاله ما با این موارد و موارد دیگر آشنا خواهید شد. به برگه دیگری تغییر ندهید! ;-)

انواع ماسفت

در خانواده ترانزیستورهای MOS، عمدتاً 4 نوع وجود دارد:

1) کانال N با کانال القایی

2) کانال P با کانال القایی

3) کانال N با کانال داخلی

4) کانال P با کانال داخلی

همانطور که ممکن است متوجه شده باشید، تنها تفاوت در تعیین خود کانال است. با یک کانال القایی با یک خط چین نشان داده می شود و با یک کانال تعبیه شده با یک خط ثابت نشان داده می شود.

که در دنیای مدرنماسفت‌های دارای کانال داخلی کمتر و کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، بنابراین در مقالات ما به آنها اشاره نمی‌کنیم، بلکه فقط ترانزیستورهای کانال N و P را با کانال القایی در نظر می‌گیریم.

نام "MOP" از کجا آمده است؟

بیایید سری مقالات خود را در مورد ترانزیستورهای MOS با رایج ترین ترانزیستور MOS کانال N با کانال القایی شروع کنیم. برو!

اگر یک چاقوی نازک و نازک بردارید و ترانزیستور MOS را از طول برش دهید، این تصویر را خواهید دید:

وقتی از منظر غذای روی میز شما نگاه کنید، ماسفت بیشتر شبیه یک ساندویچ به نظر می رسد. نیمه هادی نوع P یک تکه نان ضخیم است، دی الکتریک یک تکه نازک سوسیس است، و در بالای آن یک لایه فلز دیگر - یک تکه نازک پنیر قرار می دهیم. و ما این ساندویچ را دریافت می کنیم:

ساختار ترانزیستور از بالا به پایین چگونه خواهد بود؟ پنیر یک فلز است، سوسیس یک دی الکتریک، نان یک نیمه هادی است. بنابراین، ما فلز-دی الکتریک-نیمه هادی را دریافت می کنیم. و اگر حروف اول هر نام را بگیرید، MDP دریافت می کنید - مفلز- Dو برقکار- پنیمه هادی، درست است؟ این بدان معنی است که چنین ترانزیستوری را می توان با حروف اول ترانزیستور MOS نامید ;-). و از آنجایی که یک لایه بسیار نازک از اکسید سیلیکون (SiO 2) به عنوان دی الکتریک استفاده می شود، می توان گفت که تقریباً شیشه است، سپس به جای نام "دی الکتریک" نام "اکسید، اکسید" را گرفتند و معلوم شد. مفلز- در بارهژله- پنیمه هادی که به اختصار MOS نامیده می شود. خب حالا همه چیز سر جای خودش قرار گرفته ;-)

ساختار ترانزیستور ماسفت

بیایید نگاهی دیگر به ساختار ماسفت خود بیندازیم:

ما یک "آجر" از مواد نیمه هادی P-رسانایی داریم. همانطور که به یاد دارید، حامل های اصلی در نیمه هادی های نوع P سوراخ ها هستند، بنابراین غلظت آنها این موادخیلی بیشتر از الکترون ها اما الکترون ها در یک نیمه هادی P نیز وجود دارند. همانطور که به یاد دارید، الکترون ها در یک نیمه هادی P هستند رسانه های جزئیو غلظت آنها در مقایسه با سوراخ ها بسیار کم است. "آجر" یک نیمه هادی P نامیده می شود بسترها. این پایه ترانزیستور MOS است، زیرا لایه های دیگری روی آن ایجاد می شود. یک پین با همین نام از زیر لایه بیرون می آید.

لایه های دیگر مواد از نوع N+، دی الکتریک، فلز هستند. چرا N+ و نه فقط N؟ واقعیت این است که این ماده به شدت دوپ شده است، یعنی غلظت الکترون ها در این نیمه هادی بسیار زیاد است. از نیمه هادی های نوع N+ که در لبه ها قرار دارند، دو پایانه وجود دارد: Source و Drain.

بین منبع و درین یک صفحه فلزی از طریق یک دی الکتریک وجود دارد که از آن یک خروجی وجود دارد و به آن دروازه می گویند. هیچ ارتباطی بین گیت و پایانه های دیگر وجود ندارد. ارتباط الکتریکی. گیت به طور کلی از تمام پایانه های ترانزیستور جدا می شود، بنابراین ماسفت نیز نامیده می شود. ترانزیستور گیت عایق شده.

بستر ماسفت

بنابراین، با نگاهی به شکل بالا، می بینیم که ماسفت در مدار دارای 4 پایانه است (منبع، تخلیه، دروازه، بستر)، اما در واقعیت فقط 3 ترمینال وجود دارد. شوخی چیست؟ نکته این است که Substrate معمولا به منبع متصل است. گاهی اوقات این کار در خود ترانزیستور در مرحله توسعه انجام می شود. در نتیجه این واقعیت که منبع به زیرلایه متصل است، یک دیود بین تخلیه و منبع تشکیل می دهیم که گاهی اوقات حتی در نمودارها نشان داده نمی شود، اما همیشه وجود دارد:

بنابراین لازم است هنگام اتصال ترانزیستور MOS به مدار، پین اوت رعایت شود.

اصل کار ترانزیستور ماسفت

اینجا همه چیز همان است که در . Source خروجی است که حامل های اصلی بار سفر خود را از آنجا شروع می کنند، Drain خروجی است که در آن جریان دارند و Gate خروجی است که با آن جریان اکثر حامل ها را کنترل می کنیم.

اجازه دهید فرض کنیم شاتر هنوز به جایی وصل نشده است. برای ترتیب دادن حرکت الکترون ها از طریق Source-Drain، به منبع انرژی Bat نیاز داریم:

اگر ترانزیستور خود را از نظر دیودهای مبتنی بر آنها در نظر بگیریم، می توانیم مداری معادل برای ترسیم خود ترسیم کنیم. شبیه این خواهد شد:

جایی که

I-Source، P-Substrate، S-Sink.

همانطور که می بینید، دیود VD2 در جهت معکوس روشن می شود، بنابراین هیچ جریان الکتریکی به جایی نمی رسد.

بنابراین، در این طرح

بدون حرکت جریان الکتریسیتهبرنامه ریزی نشده است

ولی…

القای کانال در ماسفت

اگر ولتاژ خاصی را به گیت اعمال کنید، دگرگونی های جادویی در زیرلایه شروع می شود. آن آغاز می شود کانال القایی.

القاء، القاء - این به معنای واقعی کلمه به معنای "هدایت"، "نفوذ" است. این اصطلاح به برانگیختن خاصیت یا فعالیت در یک جسم در حضور یک سوژه هیجان‌انگیز (سلف)، اما بدون تماس مستقیم (مثلاً از طریق یک میدان الکتریکی) اشاره دارد. آخرین عبارت برای ما معنای عمیق تری دارد: "از طریق میدان الکتریکی".

ترانزیستور اثر میدانی

ترانزیستور اثر میدانی (انگلیسی. ترانزیستور اثر میدانی (FET) یک وسیله نیمه هادی است که در آن جریان در نتیجه عمل تغییر می کند. عمود برجریان میدان الکتریکی ایجاد شده توسط سیگنال ورودی

جریان جریان کاری در یک ترانزیستور اثر میدانی توسط حامل های بار تنها یک علامت (الکترون ها یا سوراخ ها) ایجاد می شود، بنابراین چنین دستگاه هایی اغلب در کلاس وسیع تری از تک قطبی قرار می گیرند. لوازم برقی(برخلاف دوقطبی).

در یک کریستال نیمه هادی با نسبتاً بالا مقاومتکه به آن زیرلایه می گویند، دو ناحیه دوپینگ شدید با رسانایی مخالف نسبت به بستر ایجاد می شود. الکترودهای فلزی در این مناطق اعمال می شود - منبع و تخلیه. فاصله بین منبع به شدت دوپ شده و مناطق تخلیه می تواند کمتر از یک میکرون باشد. سطح کریستال نیمه هادی بین منبع و تخلیه با یک لایه نازک (حدود 0.1 میکرومتر) دی الکتریک پوشیده شده است. از آنجایی که نیمه هادی اولیه برای ترانزیستورهای اثر میدانی معمولاً سیلیکون است، لایه ای از دی اکسید سیلیکون SiO 2 که بر روی سطح کریستال سیلیکونی با اکسیداسیون در دمای بالا رشد می کند به عنوان دی الکتریک استفاده می شود. یک الکترود فلزی - یک دروازه - به لایه دی الکتریک اعمال می شود. نتیجه ساختاری متشکل از یک فلز، یک دی الکتریک و یک نیمه هادی است. بنابراین ترانزیستورهای اثر میدانی با گیت عایق معمولاً ترانزیستور MOS نامیده می شوند.

مقاومت ورودی ترانزیستورهای MOS می تواند به 10 10 ... 10 14 اهم برسد (برای ترانزیستورهای اثر میدانی با مدیر p-n-transition 10 7 ... 10 9)، که یک مزیت در هنگام ساخت دستگاه های با دقت بالا است.

دو نوع ترانزیستور MOS وجود دارد: با کانال القایی و با کانال داخلی.

در ترانزیستورهای MOS با کانال القایی (شکل 2، الف)، هیچ کانال رسانایی بین نواحی به شدت دوپ شده منبع و درین وجود ندارد و بنابراین، یک جریان تخلیه قابل توجه فقط در یک قطب مشخص و در یک مقدار مشخص ظاهر می شود. ولتاژ گیت نسبت به منبع که به آن ولتاژ آستانه می گویند ( U ZIPor).

در ترانزیستورهای MOS با یک کانال داخلی (شکل 2، ب)، در نزدیکی سطح نیمه هادی زیر دروازه با ولتاژ صفر روی دروازه نسبت به منبع، یک لایه معکوس وجود دارد - کانالی که منبع را به زهکشی

در شکل نشان داده شده است. سازه‌های 2 گیت عایق‌شده FET دارای بستری با رسانایی نوع n هستند. بنابراین، مناطق به شدت دوپ شده در زیر منبع و زهکش، و همچنین کانال های القایی و تعبیه شده، دارای رسانایی نوع p هستند. اگر ترانزیستورهای مشابه روی بستری با رسانایی الکتریکی نوع p ایجاد شوند، کانال آنها دارای رسانایی الکتریکی نوع n خواهد بود.

ترانزیستورهای MOS با کانال القایی

هنگامی که ولتاژ دروازه نسبت به منبع صفر است، و هنگامی که ولتاژی در تخلیه وجود دارد، جریان تخلیه ناچیز است. معکوس را نشان می دهد جریان p-nانتقال بین بستر و منطقه تخلیه به شدت دوپ شده. در یک پتانسیل منفی روی دروازه (برای ساختار نشان داده شده در شکل 2، a) در نتیجه نفوذ میدان الکتریکی از طریق لایه دی الکتریک به نیمه هادی در ولتاژهای دروازه کم (کمتر U ZIPor) در نزدیکی سطح نیمه هادی زیر دروازه، یک لایه اثر میدانی خالی از اکثر حامل ها و یک ناحیه بار فضایی ظاهر می شود که از اتم های ناخالصی جبران نشده یونیزه شده تشکیل شده است. در گیت ولتاژ بزرگ U ZIPorیک لایه معکوس در سطح نیمه هادی زیر دروازه ظاهر می شود که کانال اتصال منبع به زهکش است. ضخامت و سطح مقطع کانال با تغییرات ولتاژ گیت تغییر می کند و جریان تخلیه، یعنی جریان در مدار بار و منبع تغذیه نسبتاً قدرتمند، بر این اساس تغییر می کند. به این ترتیب جریان تخلیه در یک ترانزیستور اثر میدانی با یک دروازه عایق و یک کانال القایی کنترل می شود.

با توجه به اینکه گیت توسط یک لایه دی الکتریک از بستر جدا می شود، جریان در مدار گیت ناچیز است و توان مصرفی از منبع سیگنال در مدار گیت و مورد نیاز برای کنترل جریان تخلیه نسبتاً بزرگ نیز کم است. . بنابراین، یک ترانزیستور MOS کانال القایی می تواند نوسانات الکترومغناطیسی در ولتاژ و توان را تقویت کند.

اصل تقویت توان در ترانزیستورهای MOS را می توان از دیدگاه حامل های بار در نظر گرفت که انرژی یک میدان الکتریکی ثابت (انرژی منبع توان در مدار خروجی) را به یک میدان الکتریکی متناوب منتقل می کنند. در یک ترانزیستور MOS، قبل از اینکه کانال ظاهر شود، تقریباً تمام ولتاژ منبع تغذیه در مدار تخلیه در سراسر نیمه هادی بین منبع و تخلیه کاهش می یابد و یک جزء ثابت نسبتاً بزرگ از قدرت میدان الکتریکی ایجاد می کند. تحت تأثیر ولتاژ روی دروازه، کانالی در نیمه هادی زیر دروازه ظاهر می شود که در امتداد آن حامل های شارژ - سوراخ ها - از منبع به تخلیه حرکت می کنند. سوراخ ها که در جهت مولفه ثابت میدان الکتریکی حرکت می کنند، توسط این میدان شتاب می گیرند و انرژی آنها به دلیل انرژی منبع برق در مدار تخلیه افزایش می یابد. همزمان با ظهور کانال و ظهور حامل های شارژ سیار در آن، ولتاژ در تخلیه کاهش می یابد، یعنی مقدار لحظه ای مولفه متغیر میدان الکتریکی در کانال در مقابل مولفه ثابت هدایت می شود. بنابراین، سوراخ ها توسط یک میدان الکتریکی متناوب مهار می شوند و بخشی از انرژی خود را به آن می دهند.

ترانزیستورهای MOS با کانال داخلی

برنج. 3. مشخصات استاتیکی خروجی (الف) و مشخصه های انتقال استاتیک (ب) یک ترانزیستور MOS با یک کانال داخلی.

به دلیل وجود یک کانال داخلی در چنین ترانزیستور MOS در ولتاژ دروازه صفر (شکل 2، ب را ببینید)، سطح مقطع و رسانایی کانال با تغییر ولتاژ گیت، هر دو قطب منفی و مثبت تغییر می کند. . بنابراین، یک ترانزیستور MOS با یک کانال داخلی می تواند در دو حالت کار کند: در حالت غنی سازی و در حالت تخلیه کانال توسط حامل های شارژ. این ویژگی ترانزیستورهای MOS با کانال داخلی نیز در بایاس خروجی منعکس می شود ویژگی های استاتیکهنگامی که ولتاژ گیت و قطبیت آن تغییر می کند (شکل 3).

مشخصات انتقال استاتیک (شکل 3، ب) از نقطه روی محور آبسیسا مربوط به ولتاژ قطع خارج می شود. U ZIots، یعنی ولتاژ بین گیت و منبع یک ترانزیستور MOS با یک کانال داخلی که در حالت تخلیه کار می کند که در آن جریان تخلیه به مقدار کم از پیش تعیین شده می رسد.

فرمول های محاسبه بسته به ولتاژ U ZI

1. ترانزیستور بسته است

مقدار آستانه ولتاژ ترانزیستور MOS

2. بخش سهموی.

رسانایی ویژه مشخصه انتقال ترانزیستور.

3. افزایش بیشتر منجر به انتقال به سطح صاف می شود.

- معادله Hovstein.

سازه های TIR برای اهداف خاص

در ساختارهای فلز-نیترید-اکسید-نیمه هادی (MNOS)، دی الکتریک زیر دروازه از دو لایه تشکیل شده است: یک لایه اکسید SiO 2 و یک لایه ضخیم از نیترید Si 3 N 4. تله‌های الکترونی بین لایه‌ها تشکیل می‌شوند، که وقتی یک ولتاژ مثبت (28..30 ولت) به دروازه ساختار MNOS اعمال می‌شود، الکترون‌هایی را که از طریق یک لایه نازک SiO 2 تونل می‌کنند، می‌گیرند. یون های با بار منفی حاصل ولتاژ آستانه را افزایش می دهند و بار آنها را می توان تا چندین سال در غیاب برق ذخیره کرد، زیرا لایه SiO 2 از نشت بار جلوگیری می کند. هنگامی که یک ولتاژ منفی بزرگ (28 ... 30 ولت) به دروازه اعمال می شود، بار انباشته شده حل می شود، که به طور قابل توجهی ولتاژ آستانه را کاهش می دهد.

سازه های فلزی-اکسید-نیمه هادی تزریق بهمن دروازه شناور (MOS) دارای یک دروازه ساخته شده از سیلیکون پلی کریستالی است که از سایر قسمت های سازه جدا شده است. شکست بهمنی اتصال p-n زیرلایه و زهکشی یا منبعی که ولتاژ بالایی به آن اعمال می شود، به الکترون ها اجازه می دهد از طریق لایه اکسید به دروازه نفوذ کنند و در نتیجه بار منفی روی آن ظاهر می شود. خواص عایق دی الکتریک به آن اجازه می دهد این بار را برای چندین دهه حفظ کند. حذف شارژ الکتریکیاز شاتر با استفاده از تابش ماوراء بنفش یونیزه انجام می شود لامپ های کوارتز، در حالی که جریان نور اجازه می دهد تا الکترون ها با حفره ها دوباره ترکیب شوند.

متعاقبا، ساختارهای ترانزیستور اثر میدانی حافظه دو دروازه توسعه یافتند. یک گیت تعبیه شده در دی الکتریک برای ذخیره شارژی استفاده می شود که وضعیت دستگاه را تعیین می کند، و یک دروازه خارجی (معمولی) که توسط پالس های قطب مخالف کنترل می شود، برای وارد کردن یا حذف شارژ روی داخلی (داخلی) استفاده می شود. دروازه. اینگونه بود که سلول ها و سپس چیپ های فلش مموری ظاهر شدند که این روزها بسیار محبوب شده اند و به رقبای قابل توجهی تبدیل شده اند. دیسکهای سختدر کامپیوترها

برای پیاده سازی مدارهای مجتمع بسیار بزرگ (VLSI)، میکروترانزیستورهای اثر میدانی زیرمینیاتوری ایجاد شدند. آنها با استفاده از فناوری نانو با وضوح هندسی کمتر از 100 نانومتر ساخته شده اند. در چنین دستگاه هایی، ضخامت دی الکتریک دروازه به چندین لایه اتمی می رسد. سازه های مختلفی از جمله سازه های سه دروازه استفاده می شود. دستگاه ها در حالت میکرو پاور کار می کنند. که در ریزپردازنده های مدرنتعداد دستگاه های شرکت اینتل از ده ها میلیون تا 2 میلیارد متغیر است. جدیدترین ترانزیستورهای اثر میکروفیلد بر روی سیلیکون کرنش ساخته شده اند، دارای دروازه فلزی هستند و از مواد دی الکتریک گیت جدید بر پایه ترکیبات هافنیوم استفاده می کنند.

در ربع قرن گذشته، ترانزیستورهای اثر میدانی با توان بالا، عمدتاً از نوع MIS، به سرعت توسعه یافته اند. آنها از چندین سازه کم مصرف یا سازه با پیکربندی دروازه منشعب تشکیل شده اند. چنین دستگاه‌های HF و مایکروویو برای اولین بار در اتحاد جماهیر شوروی توسط متخصصان مؤسسه تحقیقاتی Pulsar V.V. Bachurin (دستگاه‌های سیلیکونی) و V. Ya. Vaxemburg (دستگاه‌های آرسنید گالیوم) ساخته شدند. مطالعه خواص پالس آنها توسط دانشکده علمی انجام شد. پروفسور Dyakonova V. P. (شعبه اسمولنسک MPEI). این امر زمینه توسعه ترانزیستورهای اثر میدانی سوئیچینگ (پالسی) قدرتمند را با ساختارهای ویژه با ولتاژ و جریان عملیاتی بالا (به طور جداگانه تا 500-1000 ولت و 50-100 A) باز کرد. چنین دستگاه هایی اغلب با ولتاژهای پایین (تا 5 ولت) کنترل می شوند، دارای مقاومت باز کم (تا 0.01 اهم) برای دستگاه های با جریان بالا، رسانایی بالا و زمان های سوئیچینگ کوتاه (چند تا ده ها ns) هستند. آنها پدیده تجمع حامل ها در ساختار و پدیده اشباع ذاتی ترانزیستورهای دوقطبی را ندارند. به لطف این، ترانزیستورهای اثر میدانی با توان بالا با موفقیت جایگزین ترانزیستورهای دوقطبی پرقدرت در زمینه الکترونیک با توان کم و متوسط ​​می شوند.

در خارج از کشور، در دهه های اخیر، فناوری ترانزیستورهای الکترونی با تحرک بالا (HMET) که به طور گسترده در دستگاه های ارتباطی مایکروویو و نظارت رادیویی استفاده می شود، به سرعت در حال توسعه بوده است. بر اساس TVPE، هر دو مدار مجتمع مایکروویو هیبریدی و یکپارچه ایجاد می شوند. انگلیسی)). عملکرد TVPE بر اساس کنترل کانال با استفاده از یک گاز الکترونی دو بعدی است که ناحیه آن در زیر تماس دروازه به دلیل استفاده از یک هتروجانکشن و یک لایه دی الکتریک بسیار نازک - یک فاصله ساز ایجاد می شود.

زمینه های کاربردی ترانزیستورهای اثر میدانی

بخش قابل توجهی از تولید شده در در حال حاضرترانزیستورهای اثر میدانی بخشی از ساختارهای CMOS هستند که از ترانزیستورهای اثر میدانی با کانال هایی با انواع رسانایی (p- و n-) ساخته می شوند و به طور گسترده در مدارهای مجتمع دیجیتال و آنالوگ استفاده می شوند.

با توجه به این واقعیت که ترانزیستورهای اثر میدان توسط میدان کنترل می شوند (ولتاژ اعمال شده به گیت) و نه توسط جریانی که از پایه می گذرد (مانند ترانزیستورهای دوقطبی)، ترانزیستورهای اثر میدان به میزان قابل توجهی انرژی کمتری مصرف می کنند. به ویژه در مدارهای دستگاه های انتظار و ردیابی و همچنین در طرح های کم مصرف و صرفه جویی در انرژی (اجرای حالت های خواب) مهم است.

نمونه های برجسته ای از دستگاه های مبتنی بر ترانزیستورهای اثر میدان مچ هستند ساعت کوارتزو کنترل از راه دور کنترل از راه دوربرای تلویزیون به دلیل استفاده از ساختارهای CMOS، این دستگاه ها می توانند تا چندین سال کار کنند زیرا عملاً انرژی مصرف نمی کنند.

حوزه های کاربرد ترانزیستورهای اثر میدانی با توان بالا با سرعت فوق العاده ای در حال توسعه هستند. کاربرد آنها در دستگاه های انتقال رادیوییبه شما امکان می دهد خلوص بیشتری از طیف سیگنال های رادیویی ساطع شده به دست آورید، سطح تداخل را کاهش دهید و قابلیت اطمینان فرستنده های رادیویی را افزایش دهید. که در الکترونیک قدرتترانزیستورهای کلیدی اثر میدانی پرقدرت با موفقیت جایگزین و جابجایی ترانزیستورهای دوقطبی پرقدرت می شوند. در مبدل های قدرت، امکان افزایش فرکانس تبدیل را به میزان 1-2 مرتبه و کاهش شدید ابعاد و وزن مبدل های قدرت فراهم می کنند. در دستگاه ها قدرت بالاترانزیستورهای دوقطبی کنترل شده میدانی (IGBT) برای جابجایی موفقیت آمیز تریستورها استفاده می شوند. در تقویت کننده های قدرت فرکانس های صوتی طبقه بالاترانزیستورهای اثر میدان پرقدرت HiFi و HiEnd با موفقیت جایگزین لوله های الکترونیکی پرقدرت می شوند، زیرا اعوجاج غیرخطی و دینامیکی کمی دارند.

همچنین ببینید

پیوندها

یادداشت

حالت جامد غیرفعال	مقاومت متغیر مقاومت تریمر مقاومت واریستور خازن خازن متغیر سلف خازن تریمر تشدید کننده کوارتز· فیوز · فیوز خود تنظیم شوندهتبدیل کننده
حالت جامد فعال	دیود· LED · فتودیود · لیزر نیمه هادی · دیود شاتکی· دیود زنر · استابلایستور · واریکاپ · واریکوند · پل دیودی · دیود بهمن · دیود تونل · دیود گان ترانزیستور · ترانزیستور دوقطبی · ترانزیستور اثر میدانی · ترانزیستور CMOS · ترانزیستور Unjunction· فوتوترانزیستور · ترانزیستور کامپوزیتترانزیستور بالستیک مدار مجتمع · مدار مجتمع دیجیتال · مدار مجتمع آنالوگ تریستور· تریاک · دینیستور · ممریستور
خلاء غیرفعال	بارتر
خلاء فعال و تخلیه گاز

عناصر نیمه هادی به طور مداوم در حال رشد هستند. هر اختراع جدید در این زمینه، در واقع، کل درک را تغییر می دهد سیستم های الکترونیکی. قابلیت‌های طراحی مدار در حال تغییر است و دستگاه‌های جدیدی بر اساس آن‌ها ظاهر می‌شوند. زمان زیادی از اختراع آن (1948) می گذرد. ساختارهای "p-n-p" و "n-p-n" اختراع شدند. با گذشت زمان، یک ترانزیستور MIS ظاهر شد که بر اساس اصل تغییر کار می کرد. رسانایی الکتریکیلایه نیمه هادی نزدیک به سطح تحت تأثیر میدان الکتریکی. از این رو نام دیگری برای این عنصر - فیلد است.

خود مخفف MIS (فلز-دی الکتریک-نیمه هادی) مشخص می شود ساختار داخلیاین دستگاه. در واقع، دروازه آن از زهکشی و منبع توسط یک لایه نا رسانای نازک جدا شده است. یک ترانزیستور MOS مدرن دارای طول دروازه 0.6 میکرون است. فقط یک میدان الکترومغناطیسی می تواند از آن عبور کند - این چیزی است که بر وضعیت الکتریکی نیمه هادی تأثیر می گذارد.

بیایید به نحوه عملکرد آن نگاه کنیم و دریابیم که تفاوت اصلی آن با "برادر" دوقطبی آن چیست. هنگامی که پتانسیل مورد نیاز ظاهر می شود، یک میدان الکترومغناطیسی روی دروازه آن ظاهر می شود. بر مقاومت محل اتصال منبع تخلیه تأثیر می گذارد. در اینجا به برخی از مزایای استفاده از این دستگاه اشاره می کنیم.

هنگام طراحی و کار با این عناصر، باید در نظر داشت که ترانزیستورهای MOS به اضافه ولتاژ در مدار بسیار حساس هستند و به این معناست که دستگاه در هنگام لمس پایانه های کنترلی ممکن است از کار بیفتد. هنگام نصب یا جداسازی، از زمین مخصوص استفاده کنید.

چشم انداز استفاده از این دستگاه بسیار خوب است. با توجه به خواص منحصر به فرد خود، کاربرد گسترده ای در انواع مختلف پیدا کرده است تجهیزات الکترونیکی. جهت نوآوری در الکترونیک مدرناستفاده از ماژول های قدرت IGBT برای عملکرد در مدارهای مختلف از جمله مدارهای القایی است.

فناوری تولید آنها به طور مداوم در حال بهبود است. توسعه‌هایی برای مقیاس (کاهش) طول شاتر در حال انجام است. این باعث بهبود پارامترهای عملکرد خوب دستگاه می شود.

بر نمودارهای مدارمی‌توانید نام‌هایی را برای ترانزیستورهای اثر میدانی از یک نوع یا دیگری پیدا کنید.

برای اینکه گیج نشویم و کامل ترین ایده را در مورد نوع ترانزیستور مورد استفاده در مدار بدست آوریم، بیایید نام گرافیکی مرسوم یک ترانزیستور تک قطبی و آن را با هم مقایسه کنیم. خواص متمایز، و ویژگی ها

صرف نظر از نوع ترانزیستور اثر میدانی، دارای سه پایانه است. یکی از آنها نام دارد دروازه(ز). گیت الکترود کنترل است و ولتاژ کنترل به آن اعمال می شود. خروجی بعدی نامیده می شود منبع(و). منبع مشابه امیتر ترانزیستورهای دوقطبی است. خروجی سوم نامیده می شود موجودی(با). درین ترمینالی است که جریان خروجی از آن خارج می شود.

در خارجی مدارهای الکترونیکیمی توانید تعیین ترمینال های ترانزیستورهای تک قطبی زیر را مشاهده کنید:

جی- شاتر (از انگلیسی - جیخوردن "دریچه"، "دروازه")؛

اس– منبع (از انگلیسی – اسما "منبع"، "شروع")؛

D– سهام (از انگلیسی – Dباران "خروج"، "نشت").

با دانستن نام‌های خارجی پایانه‌های ترانزیستور اثر میدانی، درک مدارهای الکترونیک وارداتی آسان خواهد بود.

تعیین ترانزیستور اثر میدانی با اتصال p-n کنترلی (J-FET).

بنابراین. یک ترانزیستور با یک اتصال p-n کنترلی در نمودارها به صورت زیر مشخص شده است:

کانال n J-FET

کانال p J-FET

بسته به نوع حامل هایی که برای تشکیل کانال رسانا (ناحیه ای که از آن عبور می کند جریان قابل تنظیماین ترانزیستورها می توانند کانال n و کانال p باشند. نام گرافیکی نشان می دهد که کانال های n با یک فلش به سمت داخل و کانال های p به سمت بیرون به تصویر کشیده شده اند.

تعیین ترانزیستور MOS

ترانزیستورهای نوع MIS تک قطبی (MOSFET) دارای نام گرافیکی کمی متفاوت از J-FET های دارای کنترل هستند. اتصال p-n. ماسفت ها همچنین می توانند n-channel یا p-channel باشند.

ماسفت ها در دو نوع وجود دارند: کانال داخلیو کانال القایی.

تفاوت در چیست؟

تفاوت این است که ترانزیستور کانال القایی تنها زمانی روشن می شود که یک ولتاژ آستانه مثبت یا منفی به گیت اعمال شود. ولتاژ آستانه ( U por ) ولتاژ بین دروازه و پایانه های منبع است که در آن ترانزیستور اثر میدانی باز می شود و جریان تخلیه از آن شروع به عبور می کند. مدار مجتمع ).

قطبیت ولتاژ آستانه به نوع کانال بستگی دارد. برای ماسفت های کانال p، باید ولتاژ منفی "-" به گیت اعمال شود و برای آنهایی که کانال n دارند، ولتاژ "+" مثبت باید اعمال شود. ماسفت های دارای کانال القایی را ترانزیستور نیز می نامند. نوع غنی شده. بنابراین، اگر می شنوید که مردم در مورد ماسفت نوع غنی شده صحبت می کنند، باید بدانید که این یک ترانزیستور با کانال القایی است. نماد آن در زیر نشان داده شده است.

ماسفت n-channel

ماسفت کانال p

تفاوت اصلی بین یک ترانزیستور MOS با یک کانال القایی و یک ترانزیستور اثر میدانی با یک کانال داخلی در این است که فقط در یک مقدار مشخص (آستانه U) ولتاژ مثبت یا منفی (بسته به نوع کانال - باز می شود. n یا p).

یک ترانزیستور با یک کانال داخلی قبلاً روی "0" باز می شود و با ولتاژ منفی در دروازه کار می کند. حالت لاغر(همچنین باز است، اما جریان کمتری را عبور می دهد). اگر یک ولتاژ مثبت "+" به دروازه اعمال شود، باز شدن آن ادامه می یابد و به اصطلاح وارد می شود. حالت غنی سازی- جریان تخلیه افزایش می یابد. این مثالعملکرد یک ماسفت n کانال با یک کانال داخلی را توصیف می کند. به آنها ترانزیستور نیز می گویند. نوع لاغر. زیر آنها را نشان می دهد تصویر متعارفروی نمودارها

در نام گذاری گرافیکی معمولی، می توانید ترانزیستور با کانال القایی را از ترانزیستور با کانال داخلی با شکست در خط عمودی تشخیص دهید.

گاهی اوقات در ادبیات فنی می توانید تصویری از ترانزیستور MOS با ترمینال چهارم را مشاهده کنید که ادامه خط پیکانی است که نوع کانال را نشان می دهد. بنابراین، خروجی چهارم، خروجی زیرلایه است. این تصویر از یک mosfet، به عنوان یک قاعده، برای توصیف یک ترانزیستور گسسته (به عنوان مثال، جداگانه) استفاده می شود و فقط به عنوان یک مدل بصری استفاده می شود. در طول فرآیند تولید، بستر معمولاً به ترمینال منبع متصل می شود.

ماسفت با سرب بستر

تعیین ترانزیستور ماسفت قدرت

در نتیجه اتصال منبع و بستر در سازه ماسفت میدانی، الف دیود داخلی. این دیود بر عملکرد دستگاه تأثیر نمی گذارد، زیرا در جهت معکوس به مدار متصل می شود. در برخی موارد، دیود داخلی، که به دلیل تشکیل شده است ویژگی های تکنولوژیکیساخت ماسفت قدرتمند در عمل قابل استفاده است. نسل های اخیرماسفت های پاور دارای یک دیود داخلی هستند که برای محافظت از خود عنصر استفاده می شود.

دیود داخلی سمبلممکن است یک ترانزیستور MOS قدرتمند نشان داده نشود، اگرچه در واقعیت چنین دیودی در هر دستگاه میدان قدرتمند وجود دارد.