MIS tranzistori s induciranim kanalom

Princip rada. Kada je napon na vratima u odnosu na izvor jednak nuli i u prisutnosti napona na drenažu, struja odvoda ispada zanemariva. To je obrnuta struja okrug-prijelaz između podloge i jako dopirane drenažne regije. Pri negativnom potencijalu na vratima (za strukturu prikazanu na slici 4.12), kao rezultat prodora električnog polja kroz dielektrični sloj u poluvodič pri niskim naponima vrata, sloj osiromašen većinskim nosiocima i prostornim nabojem područje koje se pojavljuje blizu površine poluvodiča ispod vrata i područje prostornog naboja koje se sastoji od ioniziranih nekompenziranih atoma nečistoća.

Kod napona vrata veći od U Neko vrijeme pojavljuje se inverzni sloj u blizini površine poluvodiča ispod kapije, što je kanal koji povezuje izvor s odvodom. Debljina i poprečni presjek kanala mijenjat će se promjenom napona na vratima, a sukladno tome će se mijenjati i struja odvoda, tj. struja u strujnom krugu i relativno snažnom izvoru energije (sklopni krug tranzistora s efektom polja s izolirana kapija je slična sklopnom krugu tranzistora s efektom polja okrug-prijelaz, ali su polariteti vanjskih izvora napajanja različiti za tranzistore sa R- i n-kanal). Ovo je način na koji se struja odvoda kontrolira u tranzistoru s efektom polja s izoliranim vratima s induciranim kanalom.

Zbog činjenice da je kapija odvojena od podloge dielektričnim slojem, struja u krugu vrata je zanemariva, a snaga koja se troši iz izvora signala u krugu vrata i potrebna za kontrolu relativno velike struje odvoda također je mala. . Dakle, MIS tranzistor s induciranim kanalom može pojačati elektromagnetske oscilacije napona i snage.

Princip pojačanja snage u MIS tranzistorima može se promatrati sa stajališta prijenosa energije konstantnog električnog polja (energija izvora energije u izlaznom krugu) na izmjenično električno polje pomoću nositelja naboja. U MIS tranzistoru, prije nego što se kanal pojavio, gotovo sav napon napajanja u odvodnom krugu pao je na poluvodič između izvora i odvoda, stvarajući relativno veliku konstantnu komponentu jakosti električnog polja. Pod djelovanjem napona na kapiji, u poluvodiču ispod vrata pojavljuje se kanal po kojem se nosioci naboja - rupe - kreću od izvora do odvoda. Rupe, koje se kreću u smjeru konstantne komponente električnog polja, ubrzavaju se ovim poljem, a njihova energija raste zbog energije izvora energije u odvodnom krugu. Istovremeno s pojavom kanala i pojavom mobilnih nositelja naboja u njemu, napon odvoda opada, tj. trenutna vrijednost promjenjive komponente električnog polja u kanalu usmjerena je suprotno od konstantne komponente. Stoga se rupe usporavaju izmjeničnim električnim poljem, dajući mu dio svoje energije.

Izlazne statičke karakteristike. Priroda ovisnosti ja c = =( U si) na U zi = const za MOS tranzistor s induciranim kanalom sličan je prirodi istih ovisnosti za tranzistor s efektom polja s kontrolom okrug-tranzicija. Sublinearnost strmih dijelova karakteristika (sl. 4.13, a) objašnjava se smanjenjem debljine kanala u blizini drena na

povećanje napona drena i konstantnog napona na vratima, budući da se potencijali istog predznaka u odnosu na izvor primjenjuju na dren i na kapiju. Posljedično, razlika potencijala između drena i kapije, odnosno između vrata i dijela kanala koji je uz dren, se smanjuje. Drugim riječima, zbog prolaska struje odvoda kroz kanal, dobiva se neekvipotencijalnost kanala duž njegove duljine. Stoga, s povećanjem struje odvoda, dolazi do smanjenja poprečnog presjeka kanala u blizini odvoda. Pri naponu zasićenja U imamo preklapanje kanala u blizini drena, a daljnji porast napona drena uzrokuje vrlo mali porast struje drena.

Sublinearna priroda ovisnosti ja c= f(U c) također je uzrokovan učinkom zasićenja brzine drifta nosača naboja ili smanjenjem njihove mobilnosti u jakim poljima, kao kod tranzistora s efektom polja s upravljačkim okrug- tranzicija.

S povećanjem napona na vratima (u apsolutnoj vrijednosti), izlazne statičke karakteristike se pomiču u područje ​​visokih odvodnih struja (slika 4.13, a), što je lako razumjeti na temelju principa rada MIS tranzistor s induciranim kanalom.

Pri visokim naponima odvoda može doći do kvara MIS tranzistora, a mogu postojati dvije vrste kvara - kvar okrug-prijelaz ispod drena i proboj dielektrika ispod kapije.

Slom pn-prijelaz obično ima lavinski karakter, budući da se MIS tranzistori obično izrađuju na siliciju. Istodobno, probojni napon U na si uzorke može utjecati napon vrata: budući da se potencijali istog polariteta primjenjuju na odvod i kapiju MOS tranzistora s induciranim kanalom, a zatim s povećanjem napona vrata, U si.prob. Dielektrični slom ispod kapije može se dogoditi pri naponu vrata od samo nekoliko desetaka volti, budući da je debljina sloja silicijevog dioksida oko 0,1 mikrona. Slom obično ima toplinski karakter, događa se kada je struja stegnuta, pa se, čak i pri niskim energijama naponskih impulsa, mogu dogoditi nepovratne promjene u dielektriku. Ova vrsta kvara može nastati kao rezultat nakupljanja statičkih naboja, budući da je ulazni otpor MOS tranzistora visok. Kako bi se eliminirala mogućnost ovog tipa kvara, ulaz MIS tranzistora često je zaštićen zener diodom koja ograničava napon vrata.

Statičke karakteristike prijenosa. Priroda ovisnosti ja sa == f(U zi) kod U si = const jasno je iz principa rada MIS tranzistora s induciranim kanalom. Karakteristike za različite napone odvoda počinju od točke na x-osi koja odgovara graničnom naponu U zi . pore (slika 4.13, b). S povećanjem napona odvoda pri konstantnom naponu vrata, struja odvoda raste čak i u ravnom dijelu statičkih izlaznih karakteristika (slika 4.13, a), što dovodi do pomaka prijenosnih karakteristika prema gore u odabranom koordinatnom sustavu. .

4.3. Diferencijalni parametri i njihovo određivanje statičkim karakteristikama

Parametri tranzistora mogu se odrediti statičkim karakteristikama, kao što je prikazano na sl. 4.14. Za radnu točku A ( U S / , ja c / , U zi /) strmina 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 jednadžbi µ = SRi .

4.4. Glavni parametri tranzistora s efektom polja

i njihove indikativne vrijednosti

Glavni parametri tranzistora s efektom polja uključuju:

jedan). Karakteristike nagiba

(4.12)

2). Karakteristike nagiba podloge

(4.13)

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

5). Napon praga U zi por ( U si pora = 1 ... 6 V).

6). Otvoreni otpor odvod-izvor R otk ( R otk = 2 ... 300 Ω), diferencijalni otpor R i = dU/dI U SI \u003d const unutar 5 ... 100 kOM .;

6). DC odvod jašmrcati S(desetke miliampera - desetke ampera).

7). Preostala struja odvoda ja c ost - struja odvoda pri naponu U zi ots ( ja c odmor = = 0,001…10 mA);

osam). Maksimalna frekvencija pojačanja f p je frekvencija na kojoj je pojačanje snage Kr jednako jedinici ( f p - desetine, stotine megaherca - do nekoliko desetaka gigaherca).

9). Početna struja odvoda I s početnom - strujom odvoda pri nultom naponu U zi; za tranzistore s kontrolom p-n- prijelaz I s početkom = 0,2 ... 600 mA; s tehnološki ugrađenim kanalom I s početnim = 0,1…100 mA; s induciranim kanalom I s početnim = 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 s efektom polja sa Schottkyjevom barijerom se široko koriste. Tranzistori koji obećavaju su tranzistori s efektom polja na bazi galij arsenida, koji rade na frekvencijama do desetaka - stotina gigaherca, koji se mogu koristiti u mikrovalnim pojačalima, pojačalima snage i generatorima s niskim šumom.

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

Puni naziv takvog radio elementa na engleskom zvuči kao M etal O sakriti S poluvodič F polje E posljedica T ranzistora (MOSFET), što doslovno zvuči kao tranzistor utjecaja polja metal-oksidnog poluvodiča. Ako se pretvori u naš moćni ruski jezik, ispada kao FET sa strukturom Metal Oxide Semiconductor ili jednostavno MOSFET;-). Zašto se naziva i MOSFET MIS tranzistor i ? S čime je to povezano? O ovim i drugim stvarima saznat ćete u našem članku. Ne prelazite na drugu karticu! ;-)

Vrste MOSFET-ova

U obitelji MOS tranzistora postoje uglavnom 4 vrste:

1) N-kanal s induciranim kanalom

2) P-kanal s induciranim kanalom

3) N-kanal s ugrađenim kanalom

4) P-kanal s ugrađenim kanalom

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

U suvremenom svijetu MOSFET-i s integriranim kanalom se sve manje koriste, 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-ima s najčešćim N-kanalnim MOSFET-om s induciranim kanalom. Ići!

Ako uzmete tanak, tanak nož i prerežete MOSFET po dužini, možete vidjeti ovu sliku:

Kada se promatra sa stajališta hrane na vašem stolu, MOSFET je više kao sendvič. Poluvodič tipa P je debeli komad kruha, dielektrik je tanak komad kobasice, a na vrh stavljamo još jedan sloj metala - tanku krišku sira. I dobijemo ovaj sendvič:

A kakva će biti struktura tranzistora od vrha do dna? Sir je metal, kobasica je izolator, kruh je poluvodič. Dakle, dobivamo Metal-Dielektrik-Poluvodič. A ako uzmete prva slova svakog imena, onda ćete dobiti TIR - M metal- D električni P poluvodič, zar ne? Dakle, takav se tranzistor s prvim slovima može nazvati MIS tranzistorom ;-). A budući da se kao dielektrik koristi vrlo tanak sloj silicij oksida (SiO 2), možemo reći da je gotovo staklo, tada su umjesto naziva "dielektrik" uzeli naziv "oksid, oksid", i ispostavilo se M metal- O kissel- P Poluvodič, skraćeno MOS. Eto, sad je sve došlo na svoje mjesto ;-)

Struktura MOSFET-a

Pogledajmo još jednom strukturu našeg MOSFET-a:

Imamo "ciglu" poluvodičkog materijala P-vodljivost. Kao što se sjećate, glavni nositelji u poluvodiču P-tipa su rupe, pa je njihova koncentracija u ovom materijalu mnogo veća od koncentracije elektrona. Ali u P-poluvodiču postoje i elektroni. Kao što se sjećate, elektroni u P-poluvodiču su manji nosioci a koncentracija im je vrlo mala u usporedbi s rupama. "Cigla" P-poluvodiča se zove Podloge. On je osnova MOSFET-a, jer se na njemu stvaraju drugi slojevi. Iz podloge dolazi izlaz s 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, odlaze dva zaključka: izvor i odvod.

Između izvora i odvoda, kroz dielektrik se nalazi metalna ploča iz koje dolazi izlaz i naziva se vrata. Ne postoji električna veza između vrata i ostalih pinova. Vrata su općenito izolirana od svih terminala tranzistora, zbog čega se naziva i MOSFET tranzistor s izoliranim vratima.

MOSFET podloga

Dakle, gledajući gornju sliku, vidimo da MOSFET u krugu ima 4 pina (Izvor, Drain, Gate, Supstrat), ali u stvarnosti samo 3. U čemu je kvaka? Stvar je u tome što je supstrat obično povezan s Izvorom. Ponekad se to već radi u samom tranzistoru u fazi projektiranja. Kao rezultat činjenice da je izvor spojen na podlogu, imamo diodu između odvoda i izvora, koja ponekad nije ni naznačena na dijagramima, ali je uvijek prisutna:

Stoga je potrebno promatrati pinout prilikom spajanja MOSFET-a u krug.

Kako MOSFET radi

Ovdje je sve isto kao u . Izvor je terminal gdje većina nositelja naboja započinje svoje putovanje, Drain je terminal gdje oni teku, a Gate je terminal s kojim kontroliramo protok većinskih nositelja.

Neka Shutter još nije nigdje spojen. Kako bismo organizirali kretanje elektrona kroz Source-Drain, potreban nam je izvor napajanja Bat:

Ako naš tranzistor razmotrimo s gledišta i diode koje se temelje na njima, onda možemo nacrtati ekvivalentni krug za naš crtež. To će izgledati ovako:

gdje

I-izvor, P-supstrat, S-drejn.

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

Dakle u ovoj shemi

nije planirano kretanje električne struje.

ALI…

Indukcija kanala u MOSFET-u

Primijenite li određeni napon na Shutter, magične transformacije počinju u podlozi. Počinje u njoj inducirani kanal.

Indukcija, indukcija - doslovno znači "indukcija", "utjecaj". Pod ovim pojmom podrazumijeva se pobuđivanje nekog svojstva ili aktivnosti u objektu u prisutnosti uzbudljivog subjekta (induktora), ali bez izravnog kontakta (na primjer, kroz električno polje). Posljednji izraz za nas ima dublje značenje: "kroz električno polje".

Tranzistor s efektom polja

Tranzistor s efektom polja (Engleski. tranzistor s 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 nositelja naboja samo jednog predznaka (elektrona ili rupa), stoga se takvi uređaji često svrstavaju u širu klasu unipolarnih elektroničkih uređaja (za razliku od bipolarnih).

U poluvodičkom kristalu s relativno visokim otporom, koji se naziva supstrat, stvaraju se dva jako dopirana područja s tipom vodljivosti suprotne onoj u supstratu. Ta su područja prekrivena metalnim elektrodama - izvor i odvod. Udaljenost između jako dopiranog područja izvora i drena može biti manja od mikrona. Površina poluvodičkog kristala između izvora i drena prekrivena je tankim slojem (reda 0,1 µm) dielektrika. Budući da je početni poluvodič za tranzistore s efektom polja obično silicij, tada se kao dielektrik koristi sloj silicijevog dioksida SiO 2, koji se uzgaja na površini silicijevog kristala visokotemperaturnom oksidacijom. Na dielektrični sloj se taloži metalna elektroda - kapija. Ispada struktura koja se sastoji od metala, dielektrika i poluvodiča. Stoga se tranzistori s efektom polja s izoliranim vratima često nazivaju MIS tranzistorima.

Ulazni otpor MIS tranzistora može doseći 10 10 ... 10 14 ohma (za tranzistore s efektom polja s upravljačkim p-n spojem 10 7 ... 10 9), što je prednost pri izgradnji visoko preciznih uređaja.

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

U MOS tranzistorima s induciranim kanalom (slika 2, a) ne postoji vodljivi kanal između jako dopiranih područja izvora i drena, pa se, stoga, vidljiva struja odvoda pojavljuje samo na određenom polaritetu i na određenoj vrijednosti napona vrata u odnosu na izvor, koji se naziva napon praga ( U Zipor).

U MIS tranzistorima s ugrađenim kanalom (slika 2, b), blizu površine poluvodiča ispod gejta pri nultom naponu vrata u odnosu na izvor, nalazi se inverzni sloj - kanal koji povezuje izvor s odvodom. .

Prikazano na sl. FET strukture s 2 izolirana vrata imaju vodljivu podlogu tipa n. Stoga jako dopirana područja ispod izvora i drena, kao i inducirani i ugrađeni kanali, imaju električnu vodljivost p-tipa. Ako su slični tranzistori stvoreni na podlozi s p-tipom električne vodljivosti, tada će njihov kanal imati električnu vodljivost n-tipa.

MIS tranzistori s induciranim kanalom

Kada je napon na vratima u odnosu na izvor jednak nuli, a u prisustvu napona na drenažu, struja odvoda je zanemariva. Predstavlja obrnutu struju p-n spoja između podloge i jako dopirane drenažne regije. Pri negativnom potencijalu na vratima (za strukturu prikazanu na slici 2, a) kao rezultat prodora električnog polja kroz dielektrični sloj u poluvodič pri niskim naponima na vratima (manji od U Zipor) u blizini površine poluvodiča ispod kapije pojavljuje se efekt polja osiromašen najvećim nosiocima i područje prostornog naboja koje se sastoji od ioniziranih nekompenziranih atoma nečistoća. Kod napona vrata veći od U Zipor, pojavljuje se inverzni sloj u blizini površine poluvodiča ispod kapije, što je kanal koji povezuje izvor s odvodom. Debljina i poprečni presjek kanala mijenjat će se s promjenom napona na vratima, a sukladno tome će se mijenjati i struja odvoda, odnosno struja u krugu opterećenja i relativno snažnom izvoru energije. Ovo je način na koji se struja odvoda kontrolira u tranzistoru s efektom polja s izoliranim vratima s induciranim kanalom.

Zbog činjenice da je kapija odvojena od podloge dielektričnim slojem, struja u krugu vrata je zanemariva, a snaga koja se troši iz izvora signala u krugu vrata i potrebna za kontrolu relativno velike struje odvoda također je mala. . Dakle, MIS tranzistor s induciranim kanalom može pojačati elektromagnetske oscilacije napona i snage.

Princip pojačanja snage u MIS tranzistorima može se promatrati sa stajališta prijenosa energije konstantnog električnog polja (energija izvora energije u izlaznom krugu) na izmjenično električno polje pomoću nositelja naboja. U MIS tranzistoru, prije nego što se kanal pojavio, gotovo sav napon napajanja u odvodnom krugu pao je na poluvodič između izvora i odvoda, stvarajući relativno veliku konstantnu komponentu jakosti električnog polja. Pod djelovanjem napona na kapiji, u poluvodiču ispod vrata pojavljuje se kanal po kojem se nositelji naboja kreću od izvora do drenažnih rupa. Rupe, koje se kreću u smjeru konstantne komponente električnog polja, ubrzavaju se ovim poljem i njihova energija raste zbog energije izvora energije u odvodnom krugu. Istodobno s pojavom kanala i pojavom mobilnih nositelja naboja u njemu opada i napon odvoda, odnosno trenutna vrijednost promjenjive komponente električnog polja u kanalu usmjerena je suprotno od konstantne komponente. Stoga se rupe usporavaju izmjeničnim električnim poljem, dajući mu dio svoje energije.

MIS tranzistori s ugrađenim kanalom

Riža. 3. Izlazne statičke karakteristike (a) i statičke prijenosne karakteristike (b) MOS tranzistora s integriranim kanalom.

Zbog prisutnosti ugrađenog kanala u takvom MIS tranzistoru, pri nultom naponu vrata (vidi sliku 2, b), poprečni presjek i vodljivost kanala će se mijenjati s promjenom napona vrata i negativnog i pozitivan polaritet. Dakle, MOS tranzistor s ugrađenim kanalom može raditi u dva načina: u načinu obogaćivanja i u načinu iscrpljivanja kanala nosiocima naboja. Ova značajka MOS tranzistora s ugrađenim kanalom također se odražava u pomaku izlaznih statičkih karakteristika pri promjeni napona vrata i njegovog polariteta (slika 3.).

Statičke karakteristike prijenosa (slika 3b) izlaze iz točke na x-osi koja odgovara graničnom naponu U Ziots, odnosno napon između gejta i izvora MOS tranzistora s integriranim kanalom, koji radi u načinu iscrpljivanja, pri kojem struja odvoda doseže unaprijed određenu nisku vrijednost.

Proračunske formule ovisno o naponu U ZI

1. Tranzistor zatvoren

Vrijednost praga napona MIS tranzistora

2. Parabolički presjek.

Specifični nagib prijenosne karakteristike tranzistora.

3. Daljnje povećanje dovodi do prijelaza na ravnu razinu.

- Hovsteinova jednadžba.

MIS strukture za posebne namjene

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

Strukture metal-oksid-poluvodič (MOS) s plutajućim vratima s lavinskom injekcijom (LISMOS) imaju vrata od polikristalnog silicija izolirana od ostalih dijelova strukture. Lavinski slom p-n spoja supstrata i drena ili izvora, na koji se primjenjuje visoki napon, omogućuje elektronima da prodru kroz oksidni sloj do vrata, uslijed čega se na njemu pojavljuje negativan naboj. Izolacijska svojstva dielektrika omogućuju zadržavanje tog naboja desetljećima. Uklanjanje električnog naboja s vrata provodi se ionizirajućim ultraljubičastim zračenjem kvarcnim svjetiljkama, dok fotostruja omogućuje rekombinaciju elektrona s rupama.

Nakon toga su razvijene strukture tranzistora za pohranu polja s dvostrukim vratima. Vrata ugrađena u dielektrik služi za pohranu naboja koji određuje stanje uređaja, a vanjska (obična) kapija, kontrolirana bipolarnim impulsima, služi za dodavanje ili uklanjanje naboja na ugrađenim (unutarnjim) vratima. Tako su se pojavile ćelije, a potom i flash memorijski čipovi, koji su ovih dana stekli veliku popularnost i postali značajna konkurencija tvrdim diskovima u računalima.

Za implementaciju vrlo velikih integriranih sklopova (VLSI) stvoreni su ultraminijaturni mikrotranzistori s efektom polja. Izrađuju se pomoću nanotehnologije s geometrijskom rezolucijom manjom od 100 nm. U takvim uređajima debljina dielektrika vrata doseže nekoliko atomskih slojeva. Koriste se razne, uključujući strukture s tri vrata. Uređaji rade u mikronaponskom načinu rada. U modernim Intelovim mikroprocesorima broj uređaja kreće se od nekoliko desetaka milijuna do 2 milijarde. Najnoviji FET-ovi su napeti silicij, imaju metalna vrata i koriste novi patentirani dielektrični materijal za zatvaranje temeljen na spojevima hafnija.

U posljednjih četvrt stoljeća naglo su se razvili snažni tranzistori s efektom polja, uglavnom tipa MOS. Sastoje se od mnogih struktura male snage ili struktura s razgranatom konfiguracijom vrata. Takve RF i mikrovalne uređaje prvi su stvorili u SSSR-u stručnjaci Znanstveno-istraživačkog instituta Pulsar V. V. Bachurin (silicijevi uređaji) i V. Ya. Vaksemburg (uređaji s galijevim arsenidom). Dyakonova V. P. (Smolenska podružnica MPEI). To je otvorilo polje razvoja snažnih ključnih (impulsnih) tranzistora s efektom polja s posebnim strukturama, s visokim radnim naponima i strujama (posebno do 500-1000 V i 50-100 A). Takvi uređaji se često kontroliraju niskim (do 5 V) naponom, imaju nisku otpornost u uključenom stanju (do 0,01 Ω) za visokostrujne uređaje, veliku strminu i kratko (nekoliko do nekoliko desetaka ns) vremena uključivanja. Nedostaje im fenomen nakupljanja nosača u strukturi i fenomen zasićenja svojstven bipolarnim tranzistorima. Zbog toga tranzistori velike snage s efektom polja uspješno zamjenjuju bipolarne tranzistori velike snage u području energetske elektronike male i srednje snage.

Tijekom posljednjih desetljeća u inozemstvu se ubrzano razvija tehnologija visokopokretnih elektronskih tranzistora (HEM), koji se široko koriste u mikrovalnoj komunikaciji i radio nadzornim uređajima. Na temelju HPE-a stvaraju se i hibridni i monolitni mikrovalni integrirani krugovi ( Engleski)). U središtu rada HDET-a je upravljanje kanalom pomoću dvodimenzionalnog elektronskog plina, čije područje se stvara ispod kontakta vrata zbog korištenja heterospoja i vrlo tankog dielektričnog sloja - odstojnika.

Primjena tranzistora s efektom polja

Značajan dio trenutno proizvedenih tranzistora s efektom polja dio je CMOS struktura, koje su izgrađene od tranzistora s efektom polja s kanalima različitih (p- i n-) vrsta vodljivosti te se široko koriste u digitalnim i analognim integriranim sklopovima.

Zbog činjenice da tranzistorima s efektom polja upravlja polje (napon koji se primjenjuje na kapiju), a ne struja koja teče kroz bazu (kao u bipolarnim tranzistorima), tranzistori s efektom polja troše mnogo manje energije, što je posebno važno u krugovima uređaja za čekanje i praćenje, kao i u shemama niske potrošnje i uštede energije (provedba načina mirovanja).

Istaknuti primjeri tranzistorskih uređaja s efektom polja su kvarcni ručni sat i daljinski upravljač za TV. Zbog korištenja CMOS struktura ovi uređaji mogu raditi i do nekoliko godina, jer praktički ne troše energiju.

Područja primjene tranzistora s poljem velike snage razvijaju se grandioznim tempom. Njihova uporaba u radio odašiljačima omogućuje povećanje čistoće spektra emitiranih radio signala, smanjenje razine smetnji i povećanje pouzdanosti radio odašiljača. U energetskoj elektronici ključni tranzistori velike snage s efektom polja uspješno zamjenjuju i zamjenjuju bipolarne tranzistori velike snage. U energetskim pretvaračima omogućuju povećanje frekvencije pretvorbe za 1-2 reda veličine i drastično smanjenje dimenzija i težine energetskih pretvarača. Uređaji velike snage koriste bipolarne tranzistore kontrolirane poljem (IGBT) kako bi uspješno istisnuli tiristore. U HiFi i HiEnd audio frekvencijskim pojačalima najviše klase, snažni tranzistori s efektom polja uspješno zamjenjuju moćne vakuumske cijevi, jer imaju niska nelinearna i dinamička izobličenja.

vidi također

Linkovi

Bilješke

Pasivno čvrsto stanje	Otpornik Promjenjivi otpornik Trimer otpornik Varistor kondenzator Varijabilni kondenzator Trimer kondenzator Induktor Kvarcni rezonator Osigurač Osigurač koji se može resetirati Transformator
Aktivno kruto stanje	Dioda· LED · Fotodioda · poluvodički laser · Schottky dioda· Zener dioda · Stabistor · Varicap · Varicond · Diodni most · Lavina dioda · tunelska dioda · Gunn dioda Tranzistor · bipolarni tranzistor · Tranzistor s efektom polja · CMOS tranzistor · jednospojni tranzistor fototranzistor Kompozitni tranzistor balistički tranzistor Integrirani krug · Digitalni integrirani krug · Analogni integrirani krug tiristor Triac Dinistor Memristor
Pasivni vakuum	baretter
Aktivni vakuum i plinsko pražnjenje

Poluvodički elementi neprestano rastu. Svaki novi izum na ovom području, zapravo, mijenja cijelu ideju ​​elektronskih sustava. Mogućnosti dizajna sklopova se mijenjaju, pojavljuju se novi uređaji koji se temelje na njima. Od izuma (1948.) prošlo je dosta vremena. Izumljene su strukture "p-n-p" i "n-p-n". S vremenom se pojavio MOS tranzistor koji radi na principu promjene električne vodljivosti poluvodičkog sloja blizu površine pod utjecajem električnog polja. Dakle, drugi naziv za ovaj element je polje.

Sama kratica MIS (metal-dielektrik-poluvodič) karakterizira unutarnju strukturu ovog uređaja. Doista, njegova su vrata izolirana od odvoda i izvora tankim nevodljivim slojem. Moderni MIS tranzistor ima duljinu vrata od 0,6 µm. Kroz njega može proći samo elektromagnetno polje - to je ono što utječe na električno stanje poluvodiča.

Pogledajmo kako radi i saznajmo koja je njegova glavna razlika od bipolarnog "brata". Kada se pojavi traženi potencijal, na njegovim vratima se pojavljuje elektromagnetno polje. Utječe na otpor spoja odvod-izvor. Ovdje su neke od prednosti korištenja ovog uređaja.

Prilikom projektiranja i rada s ovim elementima mora se voditi računa da su MIS tranzistori vrlo osjetljivi na prenapon u strujnom krugu, odnosno da uređaj može pokvariti pri dodiru s upravljačkim stezaljkama. Prilikom montaže ili demontaže koristite posebno uzemljenje.

Izgledi za korištenje ovog uređaja su vrlo dobri. Zbog svojih jedinstvenih svojstava pronašao je široku primjenu u raznim elektroničkim uređajima. Inovativni trend u modernoj elektronici je korištenje energetskih IGBT modula za rad u različitim krugovima, uključujući indukcijske krugove.

Tehnologija njihove proizvodnje stalno se poboljšava. U tijeku je razvoj za skaliranje (smanjenje) duljine zatvarača. To će poboljšati ionako dobre parametre rada uređaja.

Na dijagramima sklopa možete pronaći oznake tranzistora s efektom polja ove ili one vrste.

Kako se ne bismo zbunili i dobili najcjelovitiju sliku o tome kakav se tranzistor još uvijek koristi u krugu, uspoređujemo konvencionalnu grafičku oznaku unipolarnog tranzistora i njegova karakteristična svojstva i značajke.

Bez obzira na vrstu tranzistora s efektom polja, ima tri izlaza. Jedan od njih se zove Vrata(Z). Vrata su kontrolna elektroda, na nju se primjenjuje kontrolni napon. Sljedeći izlaz je Izvor(I). Izvor je sličan emiteru bipolarnih tranzistora. Treći zaključak se zove Zaliha(S). Odvod je terminal iz kojeg se crpi izlazna struja.

Na stranim elektroničkim sklopovima možete vidjeti sljedeću oznaku terminala unipolarnih tranzistora:

G- kapak (s engleskog - G jeo "zatvarač", "vrata");

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

D- dionica (s engleskog - D kiša "izljev", "curenje").

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

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

Tako. Tranzistor s kontrolnim p-n spojem prikazan je na dijagramima kako slijedi:

n-kanalni J-FET

p-kanalni J-FET

Ovisno o vrsti nosača koji se koriste za formiranje vodljivog kanala (područje kroz koje teče regulirana struja), ti 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 MIS tranzistora.

Unipolarni tranzistori tipa MIS (MOSFET) imaju neznatno drugačiji simbolički simbol od J-FET-a s kontrolnim p-n spojem. MOSFET-ovi također mogu biti i n-kanalni i p-kanalni.

MOSFET-ovi su dvije vrste: ugrađeni kanal i inducirani kanal.

Koja je razlika?

Razlika je u tome što se inducirani kanalni tranzistor uključuje samo kada se na gejtu primijeni pozitivan ili samo negativan napon praga. Napon praga ( U otkako ) je napon između terminala vrata i izvora pri kojem se FET otvara i struja odvoda počinje teći kroz njega ( I c ).

Polaritet graničnog napona ovisi o vrsti kanala. Za mosfete s p-kanalom, negativan "-" napon se mora primijeniti na kapiju, a za one s n-kanalom, pozitivan "+" napon. Mosfeti s induciranim kanalom nazivaju se i tranzistori. obogaćenog tipa. Stoga, ako čujete što se govori o mosfetu obogaćenog tipa, trebali biste znati da je ovo tranzistor s induciranim kanalom. Njegov simbol je prikazan u nastavku.

n-kanalni MOSFET

p-kanalni MOSFET

Glavna razlika između MIS tranzistora s induciranim kanalom i tranzistora s efektom polja s integriranim kanalom je da se otvara samo pri određenoj vrijednosti (U prag) pozitivnog ili negativnog napona (ovisno o vrsti kanala - n ili p ).

Tranzistor s ugrađenim kanalom otvara se već na "0", a s negativnim naponom na vratima radi u mršav način(također 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 s ugrađenim kanalom. Oni se također nazivaju tranzistorima osiromašeni tip. U nastavku je prikazan njihov uvjetni prikaz u dijagramima.

Na konvencionalnoj grafičkoj oznaci, tranzistor s induciranim kanalom može se razlikovati od tranzistora s integriranim kanalom po prekidu okomite linije.

Ponekad u tehničkoj literaturi možete vidjeti sliku MOSFET-a s četvrtim terminalom, koji je nastavak linije strelice koja označava vrstu kanala. Dakle, četvrti izlaz je izlaz supstrata (supstrata). Takva slika mosfeta se u pravilu koristi za opisivanje diskretnog (tj. pojedinačnog) tranzistora i koristi se samo kao vizualni model. Tijekom proizvodnog procesa, supstrat je obično spojen na izvorni terminal.

MOSFET s izlazom supstrata

Oznaka MOSFET snage

Kao rezultat povezivanja 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 nastaje tehnologijom izrade MOSFET-a velike snage.U najnovijim generacijama MOSFET-a velike snage za zaštitu se koristi ugrađena dioda. sam element.

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