Transistori MOS a canale indotto

Principio operativo. Quando la tensione di gate è relativa alla sorgente uguale a zero ed in presenza di tensione al drain la corrente di drain risulta trascurabile. Rappresenta la corrente inversa р-n-transizione tra il substrato e la regione di drain fortemente drogata. Ad un potenziale negativo sul gate (per la struttura mostrata in Fig. 4.12), a seguito della penetrazione del campo elettrico attraverso lo strato dielettrico nel semiconduttore a basse tensioni sul gate, uno strato impoverito di portatori principali e un Sulla superficie del semiconduttore sotto gli atomi di gate appare una regione di carica spaziale costituita da impurità ionizzate non compensate.

Alle tensioni di gate grandi U Pertanto, sulla superficie del semiconduttore appare uno strato inverso sotto il gate, che è il canale che collega la sorgente allo scarico. Lo spessore e la sezione trasversale del canale cambieranno con i cambiamenti nella tensione di gate e la corrente di drain cambierà di conseguenza, cioè la corrente nel circuito di carico e relativamente fonte potente alimentazione (il circuito per collegare un transistor ad effetto di campo con un gate isolato è simile al circuito per collegare un transistor ad effetto di campo con un controllo р-n-transizione, ma polarità fonti esterne gli alimentatori sono diversi per i transistor con R- E N-canale). Ecco come viene controllata la corrente di drain in un transistor ad effetto di campo con gate isolato e canale indotto.

A causa del fatto che il gate è separato dal substrato da uno strato dielettrico, la corrente nel circuito di gate è trascurabile e anche la potenza consumata dalla sorgente del segnale nel circuito di gate e necessaria per controllare la corrente di drain relativamente grande è piccola . Pertanto, un transistor MOS a canale indotto può produrre amplificazione vibrazioni elettromagnetiche in tensione e potenza.

Il principio dell'amplificazione di potenza nei transistor MOS può essere considerato dal punto di vista dei portatori di carica che trasferiscono l'energia di un campo elettrico costante (l'energia della fonte di alimentazione nel circuito di uscita) a un campo elettrico alternato. In un transistor MOS, prima che comparisse il canale, quasi tutta la tensione di alimentazione nel circuito di drain scendeva attraverso il semiconduttore tra source e drain, creando una componente DC relativamente grande dell'intensità del campo elettrico. Sotto l'influenza della tensione sul gate, nel semiconduttore sotto il gate appare un canale, lungo il quale i portatori di carica - i fori - si muovono dalla sorgente allo scarico. I fori, muovendosi nella direzione della componente costante del campo elettrico, vengono accelerati da questo campo e la loro energia aumenta a causa dell'energia della fonte di alimentazione nel circuito di scarico. Contemporaneamente all'emergere di un canale e alla comparsa di portatori di carica mobili in esso, la tensione allo scarico diminuisce, ad es. valore istantaneo La componente variabile del campo elettrico nel canale è diretta opposta alla componente costante. Pertanto i buchi vengono inibiti da un campo elettrico alternato, cedendogli parte della loro energia.

Caratteristiche statiche dell'uscita. Natura delle dipendenze IO c = =( U si) a U zi = const per un transistor MOS con un canale indotto è simile alla natura delle stesse dipendenze per un transistor ad effetto di campo con un controllo р-n-transizione. Sublinearità delle parti ripide delle caratteristiche (Fig. 4.13, UN) si spiega con una diminuzione dello spessore del canale in prossimità dello scarico

aumento della tensione di drain e tensione costante sul cancello, poiché allo scarico e al cancello sono applicati potenziali dello stesso segno rispetto alla sorgente. Di conseguenza diminuisce la differenza di potenziale tra lo scarico e la saracinesca o tra la saracinesca e la parte di canale adiacente allo scarico. In altre parole, a causa del passaggio della corrente di drain attraverso il canale, il canale non è equipotenziale lungo la sua lunghezza. Pertanto, all'aumentare della corrente di drain, diminuisce la sezione del canale vicino allo drain. Alla tensione di saturazione U Quando lo facciamo, il canale si chiude vicino al drain e un ulteriore aumento della tensione al drain provoca un aumento molto piccolo della corrente di drain.

Natura sublineare delle dipendenze IO c = F(U c) è causato anche dall'effetto della saturazione della velocità di deriva dei portatori di carica o da una diminuzione della loro mobilità in campi forti, come nei transistor ad effetto di campo con controllo р-n- transizione.

All'aumentare della tensione di gate (in valore assoluto), le caratteristiche statiche di uscita si spostano nella regione delle correnti di drain elevate (Fig. 4.13, a), che è facile da comprendere in base al principio di funzionamento di un transistor MOS a canale indotto.

A tensioni elevate allo scarico, può verificarsi la rottura del transistor MOS e possono esserci due tipi di rottura: rottura р-n- giunzione sotto lo scarico e rottura del dielettrico sotto la saracinesca.

Guasto p-n-la transizione di solito ha un carattere a valanga, poiché i transistor MOS sono solitamente realizzati su silicio. Allo stesso tempo, la tensione di rottura U si i campioni possono essere influenzati dalla tensione al gate: poiché potenziali della stessa polarità sono applicati al drain e al gate di un transistor MOS con un canale indotto, all'aumentare della tensione al gate aumenterà U si.prob. La rottura del dielettrico sotto il gate può verificarsi con una tensione di gate di sole poche decine di volt, poiché lo spessore dello strato di biossido di silicio è di circa 0,1 micron. La rottura è solitamente di natura termica e si verifica quando scorre corrente, e quindi, anche a basse energie degli impulsi di tensione, possono verificarsi cambiamenti irreversibili nel dielettrico. Questo tipo di guasto può verificarsi a causa dell'accumulo di cariche statiche impedenza di ingresso I transistor MOS sono grandi. Per eliminare la possibilità di questo tipo di guasto, l'ingresso del transistor MOS è spesso protetto con un diodo zener, che limita la tensione al gate.

Caratteristiche di trasmissione statica. Natura delle dipendenze IO c = = F(U zi) a U si = const risulta chiaro dal principio di funzionamento di un transistor MOS con canale indotto. Caratteristiche per tensioni diverse all'uscita del drain dal punto sull'asse x corrispondente alla tensione di soglia U zi . pori (Fig. 4.13, b). Con un aumento della tensione di drenaggio con tensione di gate costante, la corrente di drenaggio aumenta anche nella parte piatta delle caratteristiche di uscita statiche (Fig. 4.13, a), il che porta ad uno spostamento verso l'alto delle caratteristiche di trasmissione nel sistema di coordinate selezionato .

4.3. Parametri differenziali e loro determinazione in base alle caratteristiche statiche

I parametri del transistor possono essere determinati dalle caratteristiche statiche, come mostrato in Fig. 4.14. Per il punto operativo A ( U Con / , IO C/, U zi /) la pendenza e la resistenza differenziale sono determinate dalle seguenti espressioni:

(4.10) (4.11)

Guadagno di tensione statica:

Determinato quando la corrente di drain è costante.

Non è sempre possibile trovarlo graficamente.

Pertanto, viene calcolato utilizzando l'equazione µ = SR i .

4.4. Parametri fondamentali dei transistor ad effetto di campo

e i loro valori approssimativi

I parametri principali dei transistor ad effetto di campo includono:

1). Caratteristiche del pendio

(4.12)

2). Pendenza delle caratteristiche attraverso il substrato

(4.13)

3). Guadagno di tensione statica µ – da diverse unità a centinaia;

5). Soglia di voltaggio U zi por ( U zipor = 1...6 V).

6). Resistenza drain-source in stato aperto R ok ( R aperto = 2…300 ohm), resistenza differenziale R i = dU/dI U SI = cost entro 5...100 kOhm;

6). DC drenare IO assaporare Con(decine di milliampere - decine di ampere).

7). Corrente di scarico residua IO costo – assorbe la corrente in tensione U zi ots ( IO c ost = = 0,001…10mA);

8). Frequenza massima guadagno F p – frequenza alla quale il guadagno di potenza K p uguale a uno (F p – decine, centinaia di megahertz – fino a diverse decine di gigahertz).

9). Corrente di assorbimento iniziale I dall'avvio – corrente di assorbimento a tensione zero U zi; per transistor con controllo p-n- transizione I dall'inizio = 0,2 ... 600 mA; con canale I tecnologicamente integrato dall'inizio = 0,1... 100 mA; con canale I indotto dall'inizio = 0,01... 0,5 µA.

Le designazioni per i transistor ad effetto di campo sono simili a quelle transistor bipolari, solo che al posto della lettera T viene posizionata la lettera P, ad esempio KP1OZA, 2P303V, ecc.

I transistor ad effetto di campo con barriera Schottky si stanno diffondendo. I transistor più promettenti sono transistor ad effetto di campo basati sull'arseniuro di gallio, che funzionano a frequenze fino a decine - centinaia di gigahertz, che possono essere utilizzati in amplificatori a microonde, amplificatori di potenza e generatori a basso rumore.

Quante volte hai sentito questo nome MOS, MOSFET, MOS, transistor ad effetto di campo, transistor MOS, transistor a gate isolato? Sì, sì... sono tutti sinonimi e si riferiscono allo stesso elemento radio.

Il nome completo di un tale elemento radiofonico in inglese suona come M etale O ossido S emiconduttore F campo E effetto T transistor (MOSFET), che nella traduzione letterale suona come transistor ad influenza di campo a semiconduttore a ossido di metallo. Se lo converti nella nostra potente lingua russa, risulta come Transistor ad effetto di campo con struttura a semiconduttore a ossido di metallo o semplicemente MOSFET;-). Perché si chiama anche MOSFET Transistor MOS E ? A cosa è collegato questo? Imparerai queste e altre cose nel nostro articolo. Non passare a un'altra scheda! ;-)

Tipi di MOSFET

Nella famiglia dei transistor MOS si distinguono principalmente 4 tipologie:

1) Canale N con canale indotto

2) Canale P con canale indotto

3) Canale N con canale integrato

4) Canale P con canale integrato

Come avrai notato, l'unica differenza sta nella designazione del canale stesso. Con un canale indotto è indicato da una linea tratteggiata, mentre con un canale incorporato è indicato da una linea continua.

IN mondo moderno I MOSFET con canale integrato vengono utilizzati sempre meno spesso, quindi nei nostri articoli non li toccheremo, ma considereremo solo i transistor a canale N e P con un canale indotto.

Da dove viene il nome "MOP"?

Iniziamo la nostra serie di articoli sui transistor MOS con il transistor MOS a canale N più comune con un canale indotto. Andare!

Se prendi un coltello sottile e sottile e tagli il transistor MOS nel senso della lunghezza, vedrai questa immagine:

Se visto dalla prospettiva del cibo sulla tua tavola, il MOSFET assomiglia più a un panino. Il semiconduttore di tipo P è un grosso pezzo di pane, il dielettrico è un sottile pezzo di salsiccia e sopra mettiamo un altro strato di metallo: una sottile fetta di formaggio. E otteniamo questo panino:

Quale sarà la struttura del transistor dall'alto verso il basso? Il formaggio è un metallo, la salsiccia è un dielettrico, il pane è un semiconduttore. Pertanto, otteniamo un semiconduttore metallo-dielettrico. E se prendi le prime lettere di ogni nome, ottieni MDP - M metallo- D edelettricista- P semiconduttore, giusto? Ciò significa che un tale transistor può essere chiamato con le sue prime lettere un transistor MOS ;-). E poiché uno strato molto sottile di ossido di silicio (SiO 2) viene utilizzato come dielettrico, possiamo dire che è quasi vetro, quindi invece del nome "dielettrico" hanno preso il nome "ossido, ossido", e si è scoperto M metallo- DI gelatina- P Semiconduttore, abbreviato in MOS. Bene, ora è tutto a posto ;-)

Struttura di un transistor MOSFET

Diamo un'altro sguardo alla struttura del nostro MOSFET:

Abbiamo un "mattone" di materiale semiconduttore con conduttività P. Come ricordi, i portatori principali in un semiconduttore di tipo P sono buchi, quindi la loro concentrazione lo è questo materiale molto più degli elettroni. Ma gli elettroni sono presenti anche in un semiconduttore P. Come ricordi, gli elettroni in un semiconduttore P lo sono mezzi minori e la loro concentrazione è molto piccola rispetto ai buchi. Viene chiamato il "mattone" di un semiconduttore P Substrati. È la base del transistor MOS, poiché su di esso vengono creati altri strati. Dal substrato fuoriesce un perno con lo stesso nome.

Altri strati sono materiali di tipo N+, dielettrici, metallici. Perché N+ e non solo N? Il fatto è che questo materiale è fortemente drogato, cioè la concentrazione di elettroni in questo semiconduttore è molto alta. Dai semiconduttori di tipo N+, che si trovano ai bordi, ci sono due terminali: Source e Drain.

Tra la sorgente e lo scarico c'è una piastra metallica attraverso un dielettrico, dalla quale c'è un'uscita ed è chiamata Gate. Non c'è connessione tra il Gate e gli altri terminali. comunicazione elettrica. Il gate è generalmente isolato da tutti i terminali del transistor, per questo viene anche chiamato MOSFET transistor a gate isolato.

Substrato MOSFET

Quindi, guardando la figura sopra, vediamo che il MOSFET nel circuito ha 4 terminali (Source, Drain, Gate, Substrate), ma in realtà sono solo 3. Qual è lo scherzo? Il punto è che il Substrato è solitamente connesso alla Sorgente. A volte ciò avviene già nel transistor stesso in fase di sviluppo. Dato che la Sorgente è collegata al Substrato, si forma un diodo tra Drain e Sorgente, che a volte non è nemmeno indicato negli schemi, ma è sempre presente:

Pertanto, è necessario rispettare la piedinatura quando si collega il transistor MOS al circuito.

Principio di funzionamento di un transistor MOSFET

Qui è tutto uguale a . La Sorgente è l'output da cui i principali portatori di carica iniziano il loro viaggio, il Drain è l'output dove scorrono e il Gate è l'output con cui controlliamo il flusso dei portatori maggioritari.

Supponiamo che l'otturatore non sia ancora connesso da nessuna parte. Per organizzare il movimento degli elettroni attraverso Source-Drain, abbiamo bisogno di una fonte di energia Bat:

Se consideriamo il nostro transistor dal punto di vista dei diodi basati su di essi, possiamo disegnare un circuito equivalente per il nostro disegno. Apparirà così:

Dove

I-Source, P-Substrate, S-Sink.

Come puoi vedere, il diodo VD2 è acceso nella direzione opposta, quindi la corrente elettrica non scorrerà da nessuna parte.

Quindi, in questo schema

nessun movimento corrente elettrica non pianificato.

MA…

Induzione del canale in un MOSFET

Se applichi una certa tensione al Cancello, nel substrato iniziano trasformazioni magiche. Inizia canale indotto.

Induzione, induzione: significa letteralmente "guida", "influenza". Questo termine si riferisce all'eccitazione di qualche proprietà o attività in un oggetto in presenza di un soggetto eccitante (induttore), ma senza contatto diretto (ad esempio attraverso un campo elettrico). L’ultima espressione ha per noi un significato più profondo: “attraverso un campo elettrico”.

Transistor ad effetto di campo

Transistor ad effetto di campo (Inglese. transistor ad effetto di campo, FET) è un dispositivo a semiconduttore in cui la corrente cambia a seguito dell'azione perpendicolare corrente del campo elettrico creata dal segnale di ingresso.

Il flusso di corrente operativa in un transistor ad effetto di campo è causato da portatori di carica di un solo segno (elettroni o lacune), pertanto tali dispositivi sono spesso inclusi in una classe più ampia di dispositivi unipolari dispositivi elettronici(al contrario del bipolare).

In un cristallo semiconduttore con un valore relativamente alto resistività, che viene chiamato substrato, vengono create due regioni fortemente drogate con il tipo di conduttività opposta rispetto al substrato. Elettrodi metallici vengono applicati a queste aree: sorgente e drenaggio. La distanza tra le regioni di source e drain fortemente drogate può essere inferiore a un micron. La superficie del cristallo semiconduttore tra source e drain è ricoperta da un sottile strato (circa 0,1 μm) di dielettrico. Poiché il semiconduttore iniziale per i transistor ad effetto di campo è solitamente il silicio, come dielettrico viene utilizzato uno strato di biossido di silicio SiO 2 cresciuto sulla superficie di un cristallo di silicio mediante ossidazione ad alta temperatura. Un elettrodo metallico - un cancello - viene applicato allo strato dielettrico. Il risultato è una struttura costituita da un metallo, un dielettrico e un semiconduttore. Pertanto, i transistor ad effetto di campo con gate isolato sono spesso chiamati transistor MOS.

La resistenza di ingresso dei transistor MOS può raggiungere 10 10 ... 10 14 Ohm (per transistor ad effetto di campo con direttore p-n-transizione 10 7 ... 10 9), che è un vantaggio quando si costruiscono dispositivi ad alta precisione.

Esistono due tipi di transistor MOS: con canale indotto e con canale integrato.

Nei transistor MOS con canale indotto (Fig. 2, a), non esiste un canale conduttivo tra le regioni fortemente drogate della sorgente e del drain e, quindi, una corrente di drain evidente appare solo con una certa polarità e con un certo valore di la tensione di gate rispetto alla sorgente, chiamata tensione di soglia ( U ZIPor).

Nei transistor MOS con un canale integrato (Fig. 2, b), vicino alla superficie del semiconduttore sotto il gate a tensione zero sul gate rispetto alla sorgente, è presente uno strato inverso, un canale che collega la sorgente a il drenaggio.

Mostrato nella fig. Le 2 strutture FET a gate isolato hanno un substrato con conduttività di tipo n. Pertanto, le regioni fortemente drogate sotto il source e il drain, così come i canali indotti e embedded, hanno conduttività di tipo p. Se transistor simili vengono creati su un substrato con conduttività elettrica di tipo p, il loro canale avrà una conduttività elettrica di tipo n.

Transistori MOS a canale indotto

Quando la tensione di gate rispetto alla sorgente è zero e quando è presente una tensione al drain, la corrente di drain risulta trascurabile. Rappresenta il contrario corrente p-n transizione tra il substrato e la regione di drain fortemente drogata. A un potenziale negativo sul gate (per la struttura mostrata in Fig. 2, a) come risultato della penetrazione del campo elettrico attraverso lo strato dielettrico nel semiconduttore a basse tensioni di gate (inferiori U ZIPor) vicino alla superficie del semiconduttore sotto il gate, uno strato ad effetto di campo impoverito dei portatori maggioritari e appare una regione di carica spaziale, costituita da atomi di impurità ionizzate non compensate. Alle tensioni di gate grandi U ZIPor, sulla superficie del semiconduttore appare uno strato inverso sotto il gate, che è il canale che collega il source allo drain. Lo spessore e la sezione trasversale del canale cambieranno con le variazioni della tensione di gate e la corrente di drain, ovvero la corrente nel circuito di carico e una fonte di alimentazione relativamente potente, cambierà di conseguenza. Ecco come viene controllata la corrente di drain in un transistor ad effetto di campo con gate isolato e canale indotto.

A causa del fatto che il gate è separato dal substrato da uno strato dielettrico, la corrente nel circuito di gate è trascurabile e anche la potenza consumata dalla sorgente del segnale nel circuito di gate e necessaria per controllare la corrente di drain relativamente grande è piccola . Pertanto, un transistor MOS a canale indotto può produrre un'amplificazione delle oscillazioni elettromagnetiche in tensione e potenza.

Il principio dell'amplificazione di potenza nei transistor MOS può essere considerato dal punto di vista dei portatori di carica che trasferiscono l'energia di un campo elettrico costante (l'energia della fonte di alimentazione nel circuito di uscita) a un campo elettrico alternato. In un transistor MOS, prima che comparisse il canale, quasi tutta la tensione di alimentazione nel circuito di drain scendeva attraverso il semiconduttore tra source e drain, creando una componente costante relativamente grande dell'intensità del campo elettrico. Sotto l'influenza della tensione sul gate, nel semiconduttore sotto il gate appare un canale, lungo il quale i portatori di carica - i fori - si muovono dalla sorgente allo scarico. I fori, muovendosi nella direzione della componente costante del campo elettrico, vengono accelerati da questo campo e la loro energia aumenta a causa dell'energia della fonte di alimentazione nel circuito di drain. Contemporaneamente all'emergere del canale e alla comparsa di portatori di carica mobili al suo interno, la tensione allo scarico diminuisce, cioè il valore istantaneo della componente variabile del campo elettrico nel canale è diretto opposto alla componente costante. Pertanto i buchi vengono inibiti da un campo elettrico alternato, cedendogli parte della loro energia.

Transistor MOS con canale integrato

Riso. 3. Caratteristiche statiche di uscita (a) e caratteristiche di trasmissione statica (b) di un transistor MOS con un canale integrato.

A causa della presenza di un canale integrato in tale transistor MOS con tensione di gate pari a zero (vedere Fig. 2, b), la sezione trasversale e la conduttività del canale cambieranno quando cambia la tensione di gate, sia la polarità negativa che quella positiva . Pertanto, un transistor MOS con un canale integrato può funzionare in due modalità: nella modalità di arricchimento e nella modalità di esaurimento del canale da parte dei portatori di carica. Questa caratteristica dei transistor MOS con canale integrato si riflette anche nel bias di uscita caratteristiche statiche quando la tensione di gate e la sua polarità cambiano (Fig. 3).

Le caratteristiche di trasmissione statica (Fig. 3, b) emergono dal punto sull'asse delle ascisse corrispondente alla tensione di interruzione U ZIots, ovvero la tensione tra gate e source di un transistor MOS con canale integrato operante in modalità di svuotamento alla quale la corrente di drain raggiunge un valore basso predeterminato.

Formule di calcolo in funzione della tensione U ZI

1. Il transistor è chiuso

Valore di soglia della tensione del transistor MOS

2. Sezione parabolica.

Transconduttanza specifica della caratteristica di trasferimento del transistor.

3. Un ulteriore aumento porta ad una transizione verso un livello piatto.

- Equazione di Hovstein.

Strutture TIR per usi speciali

Nelle strutture metallo-nitruro-ossido-semiconduttore (MNOS), il dielettrico sotto il gate è costituito da due strati: uno strato di ossido di SiO 2 e uno spesso strato di nitruro di Si 3 N 4. Tra gli strati si formano trappole di elettroni che, quando viene applicata una tensione positiva (28..30 V) al gate della struttura MNOS, catturano gli elettroni che passano attraverso un sottile strato di SiO 2 . Gli ioni risultanti con carica negativa aumentano la tensione di soglia e la loro carica può essere immagazzinata per diversi anni in assenza di alimentazione, poiché lo strato di SiO 2 impedisce la dispersione di carica. Quando al gate viene applicata una tensione negativa elevata (28...30 V), la carica accumulata viene dissolta, riducendo significativamente la tensione di soglia.

Le strutture MOS (metallo-ossido-semiconduttore) a iniezione a valanga flottante hanno un gate in silicio policristallino isolato dalle altre parti della struttura. La rottura a valanga della giunzione p-n del substrato e del drain o della sorgente, a cui viene applicata un'alta tensione, consente agli elettroni di penetrare attraverso lo strato di ossido fino al gate, a seguito della quale appare una carica negativa su di esso. Le proprietà isolanti del dielettrico gli consentono di mantenere questa carica per decenni. Rimozione carica elettrica dall'otturatore viene effettuata utilizzando l'irradiazione ultravioletta ionizzante lampade al quarzo, mentre la fotocorrente consente agli elettroni di ricombinarsi con le lacune.

Successivamente, sono state sviluppate strutture di transistor ad effetto di campo di memoria a doppia porta. Un gate integrato nel dielettrico viene utilizzato per immagazzinare una carica che determina lo stato del dispositivo, mentre un gate esterno (ordinario), controllato da impulsi di polarità opposta, viene utilizzato per introdurre o rimuovere carica sul dielettrico integrato (interno). cancello. È così che sono apparse le celle e poi i chip di memoria flash, che sono diventati molto popolari in questi giorni e sono diventati notevoli concorrenti. dischi fissi nei computer.

Per implementare circuiti integrati su larga scala (VLSI), sono stati creati microtransistor a effetto di campo subminiaturizzati. Sono realizzati utilizzando la nanotecnologia con una risoluzione geometrica inferiore a 100 nm. In tali dispositivi, lo spessore del dielettrico di gate raggiunge diversi strati atomici. Vengono utilizzate varie strutture, comprese le strutture a tre porte. I dispositivi funzionano in modalità micro-power. IN moderni microprocessori Il numero di dispositivi di Intel Corporation varia da decine di milioni a 2 miliardi. I più recenti transistor a effetto microcampo sono realizzati su silicio deformato, hanno un gate metallico e utilizzano un nuovo materiale dielettrico brevettato a base di composti di afnio.

Nell'ultimo quarto di secolo, i transistor ad effetto di campo ad alta potenza, principalmente del tipo MIS, hanno subito un rapido sviluppo. Sono costituiti da più strutture a basso consumo o strutture con una configurazione a cancello ramificato. Tali dispositivi ad alta frequenza e a microonde furono creati per la prima volta nell'URSS dagli specialisti dell'Istituto di ricerca Pulsar V. V. Bachurin (dispositivi al silicio) e V. Ya. Vaxemburg (dispositivi all'arseniuro di gallio). Lo studio delle loro proprietà degli impulsi è stato effettuato dalla scuola scientifica di prof. Dyakonova V. P. (filiale di Smolensk dell'MPEI). Ciò ha aperto il campo allo sviluppo di potenti transistor ad effetto di campo di commutazione (a impulsi) con strutture speciali con tensioni e correnti operative elevate (separatamente fino a 500-1000 V e 50-100 A). Tali dispositivi sono spesso controllati da tensioni basse (fino a 5 V), hanno una bassa resistenza aperta (fino a 0,01 Ohm) per dispositivi ad alta corrente, elevata transconduttanza e tempi di commutazione brevi (da diverse a decine di ns). Non hanno il fenomeno dell'accumulo di portatori nella struttura e il fenomeno della saturazione insito nei transistor bipolari. Grazie a ciò, i transistor ad effetto di campo ad alta potenza stanno sostituendo con successo i transistor bipolari ad alta potenza nel campo dell'elettronica di potenza a bassa e media potenza.

All'estero, negli ultimi decenni, si è sviluppata rapidamente la tecnologia dei transistor elettronici ad alta mobilità (HMET), ampiamente utilizzati nelle comunicazioni a microonde e nei dispositivi di sorveglianza radio. Basandosi sul TVPE vengono creati circuiti integrati a microonde sia ibridi che monolitici ( Inglese)). Il funzionamento di TVPE si basa sul controllo del canale utilizzando un gas di elettroni bidimensionale, la cui regione viene creata sotto il contatto di gate utilizzando un'eterogiunzione e uno strato dielettrico molto sottile: un distanziatore.

Aree di applicazione dei transistor ad effetto di campo

Una parte significativa di quelli prodotti in attualmente I transistor ad effetto di campo fanno parte delle strutture CMOS, che sono costruite da transistor ad effetto di campo con canali di diversi tipi di conduttività (p- e n-) e sono ampiamente utilizzati nei circuiti integrati digitali e analogici.

Dato che i transistor ad effetto di campo sono controllati dal campo (la tensione applicata al gate) e non dalla corrente che scorre attraverso la base (come nei transistor bipolari), i transistor ad effetto di campo consumano significativamente meno energia, il che è particolarmente importante nei circuiti dei dispositivi di attesa e di tracciamento, nonché negli schemi di basso consumo e risparmio energetico (implementazione delle modalità sleep).

Esempi eccezionali di dispositivi basati su transistor ad effetto di campo sono i polsi orologio al quarzo e telecomando telecomando per la televisione. Grazie all'utilizzo delle strutture CMOS, questi dispositivi possono funzionare anche per diversi anni perché praticamente non consumano energia.

I campi di applicazione dei transistor ad effetto di campo ad alta potenza si stanno sviluppando a un ritmo enorme. La loro applicazione in dispositivi di trasmissione radio consente di ottenere una maggiore purezza dello spettro dei segnali radio emessi, ridurre il livello di interferenze e aumentare l'affidabilità dei trasmettitori radio. IN elettronica di potenza I principali transistor ad effetto di campo ad alta potenza stanno sostituendo e soppiantando con successo i transistor bipolari ad alta potenza. Nei convertitori di potenza, consentono di aumentare la frequenza di conversione di 1-2 ordini di grandezza e di ridurre drasticamente le dimensioni e il peso dei convertitori di potenza. Nei dispositivi ad alta potenza i transistor bipolari controllati dal campo (IGBT) vengono utilizzati per sostituire con successo i tiristori. Negli amplificatori di potenza frequenze audio classe superiore I transistor ad effetto di campo ad alta potenza HiFi e HiEnd sostituiscono con successo i tubi elettronici ad alta potenza, poiché presentano basse distorsioni non lineari e dinamiche.

Guarda anche

Collegamenti

Appunti

Stato solido passivo	Resistore Resistore variabile Resistore trimmer Varistore Condensatore Condensatore variabile Condensatore trimmer Induttore Risonatore al quarzo· Fusibile · Fusibile autoripristinante Trasformatore
Stato solido attivo	Diodo· LED · Fotodiodo · Laser a semiconduttore · Diodo Schottky· Diodo Zener · Stabilizzatore · Varicap · Varicond · Ponte a diodi · Diodo a valanga · Diodo tunnel · Diodo Gunn Transistor · Transistor bipolare · Transistor ad effetto di campo · Transistor CMOS · Transistor unigiunzione· Fototransistor · Transistor composito Transistor balistico Circuito integrato · Circuito integrato digitale · Circuito integrato analogico Tiristore· Triac · Dynistor · Memristor
Vuoto passivo	Barattolo
Vuoto attivo e scarico del gas

Gli elementi semiconduttori sono in costante crescita. Ogni nuova invenzione in quest'area, infatti, cambia l'intera comprensione di sistemi elettronici. Le capacità di progettazione dei circuiti stanno cambiando e stanno comparendo nuovi dispositivi basati su di esse. È passato molto tempo dalla sua invenzione (1948). Furono inventate le strutture "p-n-p" e "n-p-n". Nel tempo è apparso un transistor MIS, che funziona secondo il principio del cambiamento conduttività elettrica strato semiconduttore vicino alla superficie sotto l'influenza di un campo elettrico. Da qui un altro nome per questo elemento: campo.

La stessa sigla MIS (metallo-dielettrico-semiconduttore) lo caratterizza struttura interna questo dispositivo. Infatti, la sua porta è isolata dallo scarico e dalla sorgente tramite un sottile strato non conduttivo. Un moderno transistor MOS ha una lunghezza di gate di 0,6 micron. Attraverso di esso può passare solo un campo elettromagnetico: questo è ciò che influenza lo stato elettrico del semiconduttore.

Diamo un'occhiata a come funziona e scopriamo qual è la principale differenza rispetto al suo “fratello” bipolare. Quando appare il potenziale richiesto, sul suo cancello appare un campo elettromagnetico. Colpisce la resistenza della giunzione drain-source. Ecco alcuni dei vantaggi che derivano dall'utilizzo di questo dispositivo.

Quando si progetta e si lavora con questi elementi, è necessario tenere conto del fatto che i transistor MOS sono molto sensibili alla sovratensione nel circuito e cioè il dispositivo può guastarsi quando tocca i terminali di controllo. Durante l'installazione o lo smontaggio, utilizzare una messa a terra speciale.

Le prospettive per l'utilizzo di questo dispositivo sono molto buone. Grazie alle sue proprietà uniche, ha trovato ampia applicazione in vari equipaggiamento elettronico. Direzione dell'innovazione in elettronica modernaè l'uso di moduli IGBT di potenza per il funzionamento in vari circuiti, compresi quelli a induzione.

La loro tecnologia di produzione viene costantemente migliorata. Sono in corso sviluppi per ridimensionare (ridurre) la lunghezza dell'otturatore. Ciò migliorerà i già buoni parametri prestazionali del dispositivo.

SU schemi elettrici Puoi trovare designazioni per un transistor ad effetto di campo di un tipo o di un altro.

Per non confonderci e avere un'idea più completa del tipo di transistor utilizzato nel circuito, confrontiamo la designazione grafica convenzionale di un transistor unipolare e il suo proprietà distintive e caratteristiche.

Indipendentemente dal tipo di transistor ad effetto di campo, ha tre terminali. Uno di loro si chiama Cancello(Z). Il gate è l'elettrodo di controllo; ad esso viene applicata la tensione di controllo. Viene richiamato l'output successivo Fonte(E). La sorgente è simile all'emettitore dei transistor bipolari. Viene richiamata la terza uscita Azione(CON). Il drain è il terminale da cui viene rimossa la corrente di uscita.

Sugli esteri circuiti elettronici puoi vedere la seguente designazione dei terminali dei transistor unipolari:

G- otturatore (dall'inglese - G mangiato "serrata", "cancello");

S– fonte (dall’inglese – S source "fonte", "inizio");

D– stock (dall’inglese – D pioggia “deflusso”, “perdita”).

Conoscendo le designazioni straniere dei terminali dei transistor ad effetto di campo, sarà facile comprendere i circuiti dell'elettronica importata.

Designazione di un transistor ad effetto di campo con una giunzione di controllo p-n (J-FET).

COSÌ. Un transistor con una giunzione di controllo p-n è designato nei diagrammi come segue:

J-FET a canale n

J-FET a canale p

A seconda del tipo di trasportatori utilizzati per formare il canale conduttivo (l'area attraverso la quale il corrente regolabile), questi transistor possono essere a canale N e a canale P. La designazione grafica mostra che i canali n sono rappresentati con una freccia che punta verso l'interno e i canali p che puntano verso l'esterno.

Designazione del transistor MOS.

I transistor unipolari di tipo MIS (MOSFET) hanno una designazione grafica leggermente diversa rispetto ai J-FET con controllo giunzione p-n. I MOSFET possono anche essere a canale n o a canale p.

I MOSFET esistono in due tipi: canale integrato E canale indotto.

Qual è la differenza?

La differenza è che il transistor del canale indotto si accende solo quando al gate viene applicata una tensione di soglia positiva o solo negativa. Soglia di voltaggio ( U por ) è la tensione tra i terminali gate e source alla quale il transistor ad effetto di campo si apre e la corrente di drain inizia a fluire attraverso di esso ( circuito integrato ).

La polarità della tensione di soglia dipende dal tipo di canale. Per i mosfet a canale P, è necessario applicare una tensione negativa "-" al gate, mentre per quelli con un canale N è necessario applicare una tensione positiva "+". I Mosfet con canale indotto sono anche chiamati transistor. tipo arricchito. Pertanto, se sentite parlare di mosfet di tipo arricchito, sappiate che si tratta di un transistor a canale indotto. Il suo simbolo è mostrato di seguito.

MOSFET a canale n

MOSFET a canale p

La differenza principale tra un transistor MOS con canale indotto e un transistor ad effetto di campo con canale integrato è che si apre solo a un certo valore (soglia U) di una tensione positiva o negativa (a seconda del tipo di canale - n o p).

Un transistor con un canale integrato si apre già a “0” e funziona con una tensione negativa al gate modalità magra(anche aperto, ma passa meno corrente). Se al cancello viene applicata una tensione positiva “+”, continuerà ad aprirsi ed entrerà nel cosiddetto modalità di arricchimento- la corrente di scarico aumenterà. Questo esempio descrive il funzionamento di un mosfet a canale N con un canale integrato. Sono anche chiamati transistor tipo magro. Quanto segue li mostra immagine convenzionale sui diagrammi.

Nella designazione grafica convenzionale, è possibile distinguere un transistor con un canale indotto da un transistor con un canale integrato dall'interruzione della linea verticale.

A volte nella letteratura tecnica è possibile vedere l'immagine di un transistor MOS con un quarto terminale, che è una continuazione della linea di freccia che indica il tipo di canale. Quindi, il quarto output è l'output del substrato. Questa immagine di un mosfet viene utilizzata, di regola, per descrivere un transistor discreto (cioè separato) e viene utilizzata solo come modello visivo. Durante il processo di produzione, il substrato è solitamente collegato al terminale sorgente.

MOSFET con piombo del substrato

Designazione di un transistor MOSFET di potenza

Come risultato del collegamento della sorgente e del substrato nella struttura del mosfet di campo, a diodo incorporato. Questo diodo non influisce sul funzionamento del dispositivo poiché è collegato nella direzione opposta al circuito. In alcuni casi, il diodo incorporato, che si forma a causa di caratteristiche tecnologiche nella pratica è possibile utilizzare la produzione di un potente MOSFET. generazioni recenti I MOSFET di potenza hanno un diodo integrato utilizzato per proteggere l'elemento stesso.

Diodo incorporato simbolo un potente transistor MOS potrebbe non essere indicato, sebbene in realtà tale diodo sia presente in qualsiasi potente dispositivo di campo.