Tranzistoare MOS cu canal indus

Principiul de funcționare... Când tensiunea la poartă în raport cu sursa este egală cu zero și în prezența unei tensiuni la dren, curentul de dren se dovedește a fi neglijabil. Reprezintă curentul invers p-n- trecerea dintre substrat si regiunea de drenaj puternic dopata. La un potențial negativ la poartă (pentru structura prezentată în Fig.4.12), ca urmare a pătrunderii unui câmp electric prin stratul dielectric în semiconductor la tensiuni mici de poartă, un strat epuizat de purtătorii majoritari și un spațiu regiune de sarcină constând din atomi de impurități ionizate necompensate.

La tensiuni de poartă mari U Din pori, la suprafața semiconductorului de sub poartă apare un strat inversat, care este canalul care leagă sursa de dren. Grosimea și secțiunea transversală a canalului se vor modifica odată cu o modificare a tensiunii la poartă și, în consecință, curentul de scurgere se va schimba, de asemenea, curentul în circuitul de sarcină și în raport cu o sursă de putere puternică (circuitul pentru pornirea unui tranzistor cu efect de câmp cu un izolat p-n-joncțiune, dar polaritățile surselor de alimentare externe sunt diferite pentru tranzistoarele cu R- și n-canal). Acesta este modul în care curentul de scurgere este controlat într-un IGBT și un canal indus.

Datorită faptului că poarta este separată de substrat printr-un strat dielectric, curentul din circuitul de poartă este neglijabil, iar puterea consumată de la sursa de semnal din circuitul de poartă este, de asemenea, mică și este necesară pentru a controla o scurgere relativ mare. actual. Astfel, un tranzistor MOS cu un canal indus poate amplifica oscilațiile electromagnetice în tensiune și putere.

Principiul amplificării puterii în tranzistoarele MIS poate fi considerat din punctul de vedere al transferului de către purtătorii de sarcină a energiei unui câmp electric constant (energia unei surse de putere în circuitul de ieșire) către un câmp electric alternativ. Într-un tranzistor MOS, înainte de apariția canalului, aproape toată tensiunea sursei de alimentare din circuitul de scurgere a scăzut peste semiconductorul dintre sursă și dren, creând o componentă constantă relativ mare a intensității câmpului electric. Sub acțiunea tensiunii porții din semiconductor, sub poartă apare un canal prin care purtătorii de sarcină - găuri - se deplasează de la sursă la scurgere. Găurile, care se deplasează în direcția componentei constante a câmpului electric, sunt accelerate de acest câmp, iar energia lor crește datorită energiei sursei de energie din circuitul de scurgere. Concomitent cu apariția canalului și apariția purtătorilor de sarcină mobili în acesta, tensiunea de scurgere scade, adică valoarea instantanee a componentei variabile a câmpului electric din canal este direcționată opus componentului constant. Prin urmare, găurile sunt încetinite de un câmp electric alternativ, dându-i o parte din energia lor.

Caracteristici statice de ieșire... Natura dependențelor eu c = = ( U si) la U si = const pentru un tranzistor MOS cu un canal indus este similar cu natura acelorași dependențe pentru un tranzistor cu efect de câmp cu un control p-n-tranziție. Subliniaritatea părților abrupte ale caracteristicilor (Fig. 4.13, A) se explică prin scăderea grosimii canalului în apropierea scurgerii la

o creștere a tensiunii la dren și o tensiune constantă la poartă, deoarece potențialele de același semn față de sursă sunt furnizate la dren și la poartă. În consecință, diferența de potențial dintre dren și poartă, sau dintre poartă și partea de canal adiacentă scurgerii, scade. Cu alte cuvinte, datorită trecerii curentului de scurgere prin canal, canalul devine neechipotențial pe lungimea sa. Prin urmare, pe măsură ce curentul de scurgere crește, secțiunea transversală a canalului în apropierea drenului scade. La tensiune de saturație UÎn acest caz, canalul se suprapune în apropierea drenului, iar o creștere suplimentară a tensiunii la dren provoacă o creștere foarte mică a curentului de scurgere.

Dependențe subliniare eu c = f(U si) este cauzată și de efectul de saturație a vitezei de derivă a purtătorilor de sarcină sau de o scădere a mobilității acestora în câmpuri puternice, ca la tranzistoarele cu efect de câmp cu un control. p-n- tranziție.

Odată cu o creștere a tensiunii porții (în valoare absolută), caracteristicile statice de ieșire sunt deplasate în regiunea curenților de scurgere mari (Fig. 4.13, a), ceea ce este ușor de înțeles pe baza principiului de funcționare a unui tranzistor MOS cu un canal indus.

La tensiuni înalte la scurgere, poate apărea o defecțiune a tranzistorului MIS, în timp ce pot exista două tipuri de defecțiuni - defecțiune p-n- tranziție sub scurgere și defalcare dielectrică sub poartă.

Dărâma p-n-jonctiunea are de obicei caracter de avalansa, deoarece tranzistoarele MIS sunt de obicei realizate pe siliciu. În acest caz, tensiunea de avarie U Tensiunea pe poartă poate afecta tensiunea pe poartă: deoarece potențialele de aceeași polaritate sunt aplicate la dren și la poarta tranzistorului MOS cu canalul indus, atunci cu o creștere a tensiunii de poartă, aceasta va crește U s.prob. Defalcarea dielectrică sub poartă poate avea loc la o tensiune de poartă de doar câteva zeci de volți, deoarece grosimea stratului de dioxid de siliciu este de aproximativ 0,1 μm. Defectarea are de obicei un caracter termic, are loc atunci când curentul este fixat și, prin urmare, chiar și la energii scăzute ale impulsurilor de tensiune, pot apărea modificări ireversibile ale dielectricului. Acest tip de defectare poate apărea ca urmare a acumulării de sarcini statice, deoarece impedanța de intrare a tranzistoarelor MIS este mare. Pentru a exclude posibilitatea acestui tip de defecțiune, intrarea tranzistorului MOS este adesea protejată de o diodă zener, care limitează tensiunea la poartă.

Caracteristicile transmisiei statice... Natura dependențelor eu c = = f(U salut) la U si = const este clar din principiul de funcționare a unui tranzistor MOS cu canal indus. Caracteristicile pentru diferite tensiuni de scurgere ies din punctul de pe abscisă, corespunzătoare tensiunii de prag U si . porii (Fig. 4.13, b). Odată cu o creștere a tensiunii de scurgere cu o tensiune de poartă constantă, curentul de scurgere crește chiar și în partea plată a caracteristicilor statice de ieșire (Fig. 4.13, a), ceea ce duce la o schimbare în sus a caracteristicilor de transmisie în sistemul de coordonate selectat .

4.3. Parametrii diferenţiali şi determinarea lor prin caracteristici statice

Parametrii tranzistorilor pot fi determinați din caracteristicile statice, așa cum se arată în Fig. 4.14. Pentru punctul de operare A ( U Cu / , eu c/, U hi /) panta și rezistența diferențială sunt determinate de următoarele expresii:

(4.10) (4.11)

Câștig de tensiune static:

Se determină la un curent de scurgere constant.

Grafic, nu este întotdeauna posibil să-l găsiți.

Prin urmare, se calculează prin ecuația µ = SR i .

4.4. Principalii parametri ai tranzistoarelor cu efect de câmp

și valorile lor orientative

Principalii parametri ai tranzistoarelor cu efect de câmp includ:

unu). Caracteristicile pantei

(4.12)

2). Pantă peste substrat

(4.13)

3). Câștig de tensiune statică µ - de la câteva unități la sute;

5). Tensiune de prag U zi pore ( U zi pore = 1 ... 6 V).

6). Rezistență dren-sursă în stare deschisă R deschis ( R deschis = 2 ... 300 Ohm), rezistență diferențială R i = dU / dI U SI = const în 5 ... 100 kΩ;

6). Curent de scurgere constant eu smack Cu(zeci de miliamperi - zeci de amperi).

7). Curent rezidual de scurgere eu c ost - curent de scurgere la tensiune U zi uts ( eu c rest = = 0,001 ... 10mA);

opt). Frecvența maximă de câștig f p este frecvența la care câștigul de putere K p este egal cu unu ( f p - zeci, sute de megaherți - până la câteva zeci de gigaherți).

9). Curent de scurgere inițial I de la început - curent de scurgere la tensiune zero U zi; pentru tranzistoare cu control p-n- tranziția I cu start = 0,2 ... 600 mA; cu canal I incorporat tehnologic cu start = 0,1 ... 100 mA; cu canalul I indus cu init = 0,01 ... 0,5 μA.

Denumirile tranzistorilor cu efect de câmp sunt similare cu cele ale tranzistoarelor bipolare, doar litera P este pusă în loc de litera T, de exemplu, KP1OZA, 2P303V etc.

Tranzistoarele cu efect de câmp cu o barieră Schottky sunt utilizate pe scară largă. Tranzistoarele promițătoare sunt tranzistoare cu efect de câmp cu arseniu de galiu care funcționează la frecvențe de până la zeci - sute de gigaherți, care pot fi utilizate în amplificatoare cu microunde cu zgomot redus, amplificatoare de putere și generatoare.

Cât de des ai auzit numele MOSFET, MOSFET, MOS, câmp, MOSFET, IGBT? Da, da... toate acestea sunt sinonime și se referă la același element radio.

Numele complet al unui astfel de element radio în limba engleză sună ca M etal O xide S semiconductor F câmp E efect T ranistors (MOSFET), care sună literalmente ca un tranzistor cu efect de câmp cu semiconductor de oxid de metal. Dacă îl convertim în limba noastră puternică rusă, atunci se dovedește ca tranzistor cu efect de câmp cu structură Metal Oxide Semiconductor sau pur și simplu Mosfet;-). De ce se numește și MOSFET tranzistor MISși ? Care este motivul pentru aceasta? Veți afla despre acestea și altele în articolul nostru. Nu trece la altă filă! ;-)

Tipuri de tranzistoare MOS

În familia tranzistoarelor MOS, există în principal 4 tipuri:

1) Canal N cu canal indus

2) Canal P cu canal indus

3) Canal N cu canal încorporat

4) Canal P cu canal încorporat

După cum probabil ați observat, singura diferență este în desemnarea canalului în sine. Cu un canal indus, este indicat printr-o linie întreruptă, iar cu un canal încorporat, este indicat printr-o linie continuă.

În lumea modernă, tranzistoarele MOS cu canal integrat sunt folosite din ce în ce mai rar, așa că în articolele noastre nu le vom atinge, ci vom lua în considerare doar tranzistoarele cu canal N și P cu canal indus.

De unde a venit numele „MOP”?

Să începem seria noastră de articole despre MOSFET-uri cu cel mai comun MOSFET cu canal N cu canal indus. Merge!

Dacă luați un cuțit subțire și subțire și tăiați tranzistorul MOS pe lungime, puteți vedea următoarea imagine:

Când este privit în ceea ce privește mâncarea de pe masă, MOSFET-ul arată mai mult ca un sandviș. Semiconductorul de tip P este o bucată groasă de pâine, dielectricul este o bucată subțire de cârnați, iar deasupra punem un alt strat de metal - o felie subțire de brânză. Și primim acest sandviș:

Și care va fi structura tranzistorului de sus în jos? Brânza este metal, cârnații este un dielectric, pâinea este un semiconductor. Prin urmare, obținem Metal-Dielectric-Semiconductor. Și dacă luăm primele litere din fiecare nume, atunci obținem TIR - M metal- D electrician P Un dirijor, nu-i așa? Aceasta înseamnă că un astfel de tranzistor poate fi numit prin primele litere un tranzistor MOS ;-). Și deoarece un strat foarte subțire de oxid de siliciu (SiO 2) este folosit ca dielectric, putem spune că este aproape de sticlă, atunci în loc de numele "dielectric" au luat numele de "oxid, oxid" și s-a dovedit M metal- O jeleu- P Semiconductor, prescurtat în MOS. Ei bine, acum totul a cazut la locul lui ;-)

Structura tranzistorului MOS

Să aruncăm o altă privire asupra structurii MOSFET-ului nostru:

Avem o „cărămidă” din material semiconductor cu conductivitate P. După cum vă amintiți, găurile sunt principalii purtători într-un semiconductor de tip P, astfel încât concentrația lor în acest material este mult mai mare decât electronii. Dar electronii există și într-un semiconductor P. După cum vă amintiți, electronii dintr-un semiconductor P sunt media minoră iar concentrația lor este foarte scăzută în comparație cu găurile. Se numește „cărămidă” semiconductorului P Substraturi... Este baza MOSFET-ului, deoarece alte straturi sunt create pe acesta. Din substrat iese un știft cu același nume.

Alte straturi sunt material de tip N +, dielectric, metal. De ce N + și nu doar N? Faptul este că acest material este puternic dopat, adică concentrația de electroni în acest semiconductor este foarte mare. Din semiconductorii de tip N +, care se află la margini, pleacă două conductoare: Sursă și Dren.

Între Sursă și Dren, prin dielectric se află o placă metalică, de la care provine ieșirea și se numește Poarta. Nu există nicio conexiune electrică între Poartă și alți pini. Poarta este în general izolată de toate bornele tranzistorului, motiv pentru care MOSFET este numit și tranzistor cu poartă izolată.

substrat MOSFET

Așadar, uitându-ne la poza de mai sus, vedem că tranzistorul MOS din circuit are 4 terminale (Sursă, Dren, Poartă, Substrat), dar în realitate doar 3. Care este capul? Ideea este că substratul este de obicei conectat la sursă. Uneori, acest lucru se face deja în tranzistorul însuși în timpul fazei de dezvoltare. Ca urmare a faptului că sursa este conectată la substrat, între dren și sursă se formează o diodă, care uneori nici măcar nu este indicată în diagrame, dar este întotdeauna prezentă:

Prin urmare, este necesar să se respecte pinout atunci când conectați MOSFET-ul la circuit.

Cum funcționează MOSFET-ul

Totul este la fel aici ca în. Sursa este ieșirea în care purtătorii principali de sarcină își încep calea, Drain-ul este ieșirea în care curg, iar Poarta este ieșirea cu care controlăm fluxul purtătorilor principali de sarcină.

Lăsați obturatorul să nu fie conectat încă nicăieri. Pentru a aranja mișcarea electronilor prin Source-Stoke, avem nevoie de o sursă de alimentare Bat:

Dacă luăm în considerare tranzistorul nostru din punct de vedere și diodele bazate pe acestea, atunci putem desena un circuit echivalent pentru desenul nostru. Va arata asa:

Unde

I-sursă, P-Substrate, S-Stock.

După cum puteți vedea, dioda VD2 este pornită în direcția opusă, astfel încât curentul electric nu va curge nicăieri.

Prin urmare, în această schemă

nu este planificată nicio mișcare a curentului electric.

DAR…

Inducerea canalului într-un MOSFET

Dacă se aplică o anumită tensiune la Poartă, transformările magice încep în substrat. În ea începe induce canalul.

Inducție, inducție - înseamnă literal „îndrumare”, „influență”. Acest termen înseamnă excitarea într-un obiect a oricărei proprietăți sau activitate în prezența unui subiect excitant (inductor), dar fără contact direct (de exemplu, printr-un câmp electric). Ultima expresie pentru noi are un sens mai profund: „printr-un câmp electric”.

Tranzistor cu efect de câmp

Tranzistor cu efect de câmp (Engleză... tranzistor cu efect de câmp, FET) - un dispozitiv semiconductor în care curentul se modifică ca urmare a acțiunii perpendicular curentul câmpului electric generat de semnalul de intrare.

Fluxul curentului de funcționare într-un tranzistor cu efect de câmp se datorează purtătorilor de sarcină de un singur semn (electroni sau găuri), prin urmare astfel de dispozitive sunt adesea incluse într-o clasă mai largă de dispozitive electronice unipolare (spre deosebire de cele bipolare).

Într-un cristal semiconductor cu o rezistivitate relativ mare, care se numește substrat, sunt create două regiuni puternic dopate cu un tip de conductivitate opus substratului. Aceste zone sunt acoperite cu electrozi metalici - sursă și scurgere. Distanța dintre sursele puternic dopate și regiunile de scurgere poate fi mai mică de un micron. Suprafața cristalului semiconductor dintre sursă și scurgere este acoperită cu un strat subțire (aproximativ 0,1 μm) de dielectric. Deoarece semiconductorul inițial pentru tranzistoarele cu efect de câmp este de obicei siliciu, un strat de dioxid de siliciu SiO2, crescut pe suprafața unui cristal de siliciu prin oxidare la temperatură înaltă, este utilizat ca dielectric. Un electrod metalic - o poartă - este aplicat stratului dielectric. Rezultatul este o structură formată dintr-un metal, un dielectric și un semiconductor. Prin urmare, FET-urile IGBT sunt adesea denumite MOSFET.

Rezistența de intrare a tranzistoarelor MOS poate ajunge la 10 10 ... 10 14 Ohm (pentru tranzistoarele cu efect de câmp cu o joncțiune p-n de control 10 7 ... 10 9), ceea ce reprezintă un avantaj în construcția dispozitivelor de înaltă precizie.

Există două tipuri de tranzistoare MOS: cu un canal indus și cu un canal încorporat.

În tranzistoarele MOS cu canal indus (Fig. 2, a), nu există un canal conductor între regiunile sursă și dren puternic dopate și, prin urmare, un curent de drenaj vizibil apare doar la o anumită polaritate și la o anumită valoare a porții. tensiune relativă la sursă, care se numește tensiune de prag ( U Zipor).

În tranzistoarele MIS cu un canal încorporat (Fig. 2, b), la suprafața semiconductorului de sub poartă la tensiunea de poartă zero față de sursă, există un strat invers - un canal care conectează sursa la dren.

Prezentat în fig. 2, structurile IGBT au un substrat de conductivitate de tip n. Prin urmare, regiunile puternic dopate de sub sursă și dren, precum și canalul indus și încorporat, au conductivitate de tip p. Dacă tranzistori similari sunt creați pe un substrat cu conductivitate de tip p, atunci canalul lor va avea conductivitate de tip n.

Tranzistoare MOS cu canal indus

Când tensiunea de la poartă în raport cu sursa este egală cu zero și în prezența unei tensiuni la dren, curentul de scurgere se dovedește a fi neglijabil. Reprezintă curentul invers al joncțiunii pn dintre substrat și regiunea de drenaj puternic dopată. La un potențial negativ la poartă (pentru structura prezentată în Fig. 2, a) ca urmare a pătrunderii unui câmp electric prin stratul dielectric în semiconductor la tensiuni de poartă scăzute (inferioare U Zipor) lângă suprafața semiconductorului de sub poartă apare un strat sărăcit în purtătorii majoritari, efectul de câmp și o regiune de încărcare spațială formată din atomi de impurități ionizați necompensați. La tensiuni de poartă mari U Zipor, la suprafața semiconductorului de sub poartă apare un strat invers, care este canalul care leagă sursa de dren. Grosimea și secțiunea transversală a canalului se vor modifica odată cu modificarea tensiunii porții, iar curentul de scurgere, adică curentul din circuitul de sarcină și o sursă de energie relativ puternică, se va schimba. Acesta este modul în care curentul de scurgere este controlat într-un IGBT și un canal indus.

Datorită faptului că poarta este separată de substrat printr-un strat dielectric, curentul din circuitul de poartă este neglijabil, iar puterea consumată de la sursa de semnal din circuitul de poartă este, de asemenea, mică și este necesară pentru a controla o scurgere relativ mare. actual. Astfel, un tranzistor MOS cu un canal indus poate amplifica oscilațiile electromagnetice în tensiune și putere.

Principiul amplificării puterii în tranzistoarele MIS poate fi considerat din punctul de vedere al transferului de către purtătorii de sarcină a energiei unui câmp electric constant (energia unei surse de putere în circuitul de ieșire) către un câmp electric alternativ. Într-un tranzistor MOS, înainte de apariția canalului, aproape întreaga tensiune a sursei de alimentare din circuitul de scurgere a scăzut peste semiconductorul dintre sursă și dren, creând o componentă constantă relativ mare a intensității câmpului electric. Sub acțiunea tensiunii porții din semiconductor, sub poartă apare un canal prin care purtătorii de sarcină - găuri - se deplasează de la sursă la scurgere. Găurile, care se deplasează în direcția componentei constante a câmpului electric, sunt accelerate de acest câmp, iar energia lor crește datorită energiei sursei de alimentare din circuitul de scurgere. Concomitent cu apariția canalului și apariția purtătorilor de sarcină mobili în acesta, tensiunea la dren scade, adică valoarea instantanee a componentei variabile a câmpului electric din canal este direcționată opus componentului constant. Prin urmare, găurile sunt încetinite de un câmp electric alternativ, dându-i o parte din energia lor.

Tranzistoare MIS cu canal încorporat

Orez. 3. Caracteristicile statice de ieșire (a) și caracteristicile de transmisie statică (b) ale tranzistorului MOS cu un canal încorporat.

Datorită prezenței unui canal încorporat într-un astfel de tranzistor MOS la tensiunea de poartă zero (vezi Fig. 2, b), secțiunea transversală a canalului și conductivitatea se vor schimba odată cu o modificare a tensiunii de poartă, atât polaritatea negativă, cât și pozitivă. . Astfel, un tranzistor MIS cu canal integrat poate funcționa în două moduri: în modul de îmbogățire și în modul de epuizare a canalului cu purtători de sarcină. Această caracteristică a tranzistoarelor MOS cu un canal încorporat se reflectă și în deplasarea caracteristicilor statice de ieșire atunci când tensiunea la poartă și polaritatea acesteia se schimbă (Fig. 3).

Caracteristicile statice ale transmisiei (Fig. 3, b) ies din punctul de pe axa absciselor corespunzător tensiunii de tăiere U zyoti adică tensiunea dintre poartă și sursa MOSFET-ului de epuizare în care curentul de scurgere atinge o valoare scăzută predeterminată.

Formule de calcul în funcţie de tensiunea U ZI

1. Tranzistorul este închis

Valoarea tensiunii de prag a tranzistorului MIS

2. Sectiune parabolica.

Panta specifică a caracteristicii de transfer a tranzistorului.

3. Creșterea suplimentară duce la o tranziție la un nivel blând.

- Ecuația lui Hovstein.

Structuri TIR pentru scopuri speciale

În structurile de tip metal-nitrură-oxid-semiconductor (MNOS), dielectricul de sub poartă este realizat în două straturi: un strat de oxid de SiO 2 și un strat gros de nitrură de Si 3 N 4. Între straturi se formează capcane de electroni, care, atunci când o tensiune pozitivă (28..30 V) este aplicată pe poarta structurii MNOS, captează electronii tunelați printr-un strat subțire de SiO2. Ionii încărcați negativ rezultați măresc tensiunea de prag, iar încărcarea lor poate fi stocată până la câțiva ani în absența energiei, deoarece stratul de SiO 2 previne scurgerea sarcinii. Când o tensiune negativă mare (28 ... 30 V) este aplicată pe poartă, sarcina acumulată este absorbită, ceea ce reduce semnificativ tensiunea de prag.

Structurile semiconductoare cu oxid de metal (MOS) cu injecție în avalanșă cu poartă plutitoare (LISMOS) au o poartă de polisiliciu izolată de alte părți ale structurii. O avalanșă a joncțiunii p-n a substratului și a drenului sau a sursei, căreia i se aplică o tensiune înaltă, permite electronilor să pătrundă prin stratul de oxid până la poartă, în urma căreia apare o sarcină negativă pe acesta. Proprietățile izolatoare ale dielectricului permit menținerea acestei sarcini timp de zeci de ani. Îndepărtarea sarcinii electrice de pe poartă se realizează folosind iradierea ultravioletă ionizantă cu lămpi de cuarț, în timp ce fotocurent permite electronilor să se recombine cu găuri.

Ulterior, au fost dezvoltate structuri de tranzistoare cu efect de câmp de stocare cu o poartă dublă. Un obturator încorporat în dielectric este folosit pentru a stoca o sarcină care determină starea dispozitivului, iar un obturator extern (convențional), controlat de impulsuri multipolare pentru a introduce sau elimina sarcina pe obturatorul încorporat (intern). Așa au apărut celulele, iar apoi microcircuitele de memorie flash, care au câștigat o mare popularitate în zilele noastre și au făcut concurență semnificativă cu hard disk-urile din computere.

Pentru implementarea circuitelor integrate foarte mari (VLSI) au fost create microtranzistoare de câmp subminiaturale. Sunt realizate folosind nanotehnologie cu o rezoluție geometrică mai mică de 100 nm. În astfel de dispozitive, grosimea dielectricului de poartă atinge mai multe straturi atomice. Sunt utilizate diverse, inclusiv structuri cu trei porți. Dispozitivele funcționează în modul micropower. În microprocesoarele moderne de la Intel Corporation, numărul de dispozitive variază de la zeci de milioane la 2 miliarde. Cele mai noi microtranzistoare cu efect de câmp sunt fabricate pe siliciu tensionat, au o poartă metalică și folosesc un nou material brevetat pentru dielectricul de poartă pe bază de compuși de hafniu.

În ultimul sfert de secol, tranzistoarele puternice cu efect de câmp, în principal de tip MIS, s-au dezvoltat rapid. Ele constau din multe structuri de putere redusă sau structuri cu o configurație de poartă ramificată. Astfel de dispozitive de înaltă frecvență și cu microunde au fost create pentru prima dată în URSS de specialiștii Institutului de Cercetare Pulsar VV Bachurin (dispozitive de siliciu) și V. Ya. Vaksemburg (dispozitive cu arseniură de galiu). Studiul proprietăților lor de impuls a fost efectuat de către scoala stiintifica a prof. Dyakonova V.P. (filiala Smolensk a MPEI). Acest lucru a deschis câmpul dezvoltării tranzistoarelor puternice cu efect de câmp cu cheie (puls) cu structuri speciale, având tensiuni și curenți de funcționare mari (separat până la 500-1000 V și 50-100 A). Astfel de dispozitive sunt adesea controlate de tensiuni joase (până la 5 V), au rezistență scăzută în stare deschisă (până la 0,01 Ohm) în dispozitivele cu curent ridicat, pantă mare și timpi de comutare mici (în unități până la zeci de ns). Nu au fenomenul de acumulare a purtătorilor în structură și fenomenul de saturație inerent tranzistoarelor bipolare. Drept urmare, tranzistoarele cu efect de câmp de mare putere înlocuiesc cu succes tranzistoarele bipolare de mare putere în domeniul electronicii de putere mică și medie.

În străinătate, în ultimele decenii, s-a dezvoltat rapid tehnologia tranzistoarelor cu electroni de mare mobilitate (HME), care sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele de comunicații cu microunde și de supraveghere radio. Pe baza TVPE, sunt create atât circuite integrate hibride, cât și monolitice cu microunde ( Engleză)). Funcționarea TVET se bazează pe controlul canalului folosind un gaz de electroni bidimensional, a cărui regiune este creată sub contactul porții datorită utilizării unei heterojoncțiuni și a unui strat dielectric foarte subțire - un distanțier.

Domenii de aplicare ale tranzistoarelor cu efect de câmp

O parte semnificativă a tranzistoarelor cu efect de câmp produse în prezent face parte din structurile CMOS, care sunt construite din tranzistoare cu efect de câmp cu canale de diferite tipuri de conductivitate (p- și n-) și sunt utilizate pe scară largă în circuitele integrate digitale și analogice.

Datorită faptului că tranzistoarele cu efect de câmp sunt controlate de câmp (mărimea tensiunii aplicate porții) și nu de curentul care curge prin bază (ca la tranzistoarele bipolare), tranzistoarele cu efect de câmp consumă mult mai puțină energie , care este deosebit de important în circuitele dispozitivelor de așteptare și urmărire, precum și în schemele de consum redus și economisire a energiei (implementarea modurilor de repaus).

Exemple remarcabile de dispozitive FET sunt ceasurile de mână cu cuarț și telecomenzile TV. Datorită utilizării structurilor CMOS, aceste dispozitive pot funcționa până la câțiva ani, deoarece practic nu consumă energie.

Domeniile de aplicare ale tranzistoarelor puternice cu efect de câmp se dezvoltă într-un ritm extraordinar. Utilizarea lor în dispozitivele de transmisie radio face posibilă obținerea unei purități sporite a spectrului de semnale radio radiate, reducerea nivelului de interferență și creșterea fiabilității emițătorilor radio. În electronica de putere, tranzistoarele cheie cu efect de câmp de mare putere înlocuiesc și înlocuiesc cu succes tranzistoarele bipolare de mare putere. În convertoarele de putere, acestea permit creșterea frecvenței de conversie cu 1-2 ordine de mărime și reducerea drastică a dimensiunii și greutății convertoarelor de putere. Dispozitivele de mare putere folosesc tranzistoare bipolare controlate de câmp (IGBT) pentru a deplasa cu succes tiristoarele. În amplificatoarele de putere audio high-end HiFi și HiEnd, tranzistoarele puternice cu efect de câmp înlocuiesc cu succes tuburile cu vid puternice, deoarece au distorsiuni neliniare și dinamice scăzute.

Vezi si

Legături

Note (editare)

Stare solidă pasivă	Rezistor Rezistor variabil Rezistor trimmer Varistor Condensator Condensator variabil Condensator trimmer Inductor Rezonator cu cuarț Siguranță Siguranță cu autovindecare Transformator
Stare solidă activă	Diodă Fotodioda LED Laser semiconductor · Dioda Schottky Stabilizator diodă Zener Varicap Varicond Pod de diode · Diodă de avalanșă · Dioda tunel · Dioda Gunn tranzistor · Tranzistor bipolar · Tranzistor cu efect de câmp · tranzistor CMOS · Tranzistor unijunction Fototranzistor Tranzistor compozit Tranzistor balistic Circuit integrat · Circuit integrat digital · Circuit integrat analogic tiristor Triac Dinistor Memristor
Vacuum pasiv	Barretter
Vacuum activ și descărcare de gaz

Elementele semiconductoare sunt în continuă creștere. Fiecare nouă invenție în acest domeniu, de fapt, schimbă întregul concept de sisteme electronice. Capacitățile de proiectare a circuitelor se schimbă, pe baza lor apar noi dispozitive. A trecut mult timp de la inventare (1948). Au fost inventate structurile „p-n-p” și „n-p-n”.De-a lungul timpului, a apărut un tranzistor MIS, care funcționează pe principiul modificării conductibilității electrice a unui strat semiconductor apropiat de suprafață sub acțiunea unui câmp electric. De aici un alt nume pentru acest element - câmp.

Însăși abrevierea MIS (metal-dielectric-semiconductor) caracterizează structura internă a acestui dispozitiv. Într-adevăr, poarta sa este izolată de scurgere și sursă printr-un strat subțire neconductiv. Un tranzistor MOS modern are o lungime de poartă de 0,6 μm. Doar un câmp electromagnetic poate trece prin el - deci afectează starea electrică a semiconductorului.

Să ne uităm la cum funcționează și să aflăm care este principala diferență față de „fratele” bipolar. Când apare potențialul necesar, pe poarta sa apare un câmp electromagnetic. Afectează rezistența joncțiunii dren-sursă. Iată câteva dintre beneficiile utilizării acestui dispozitiv.

Atunci când proiectați și lucrați cu aceste elemente, trebuie avut în vedere că tranzistoarele MIS sunt foarte sensibile la supratensiune din circuit și adică, dispozitivul se poate defecta la atingerea ieșirilor de control. Utilizați împământare specială pentru montare sau demontare.

Perspectivele de utilizare a acestui dispozitiv sunt foarte bune. Datorită proprietăților sale unice, a găsit o aplicație largă în diverse echipamente electronice. O direcție inovatoare în electronica modernă este utilizarea modulelor IGBT de putere pentru a funcționa în diferite circuite, inclusiv inducția.

Tehnologia lor de producție este în mod constant îmbunătățită. Este în curs de dezvoltare pentru a reduce (reduce) lungimea obturatorului. Acest lucru va îmbunătăți parametrii de funcționare deja buni ai dispozitivului.

Pe diagramele schematice, puteți găsi denumirea unui tranzistor cu efect de câmp de un tip sau altul.

Pentru a nu ne confunda și a obține cea mai completă idee despre ce fel de tranzistor este utilizat în circuit, să comparăm denumirea grafică convențională a unui tranzistor unipolar și proprietățile și caracteristicile sale distinctive.

Indiferent de tipul de tranzistor cu efect de câmp, acesta are trei terminale. Unul dintre ei se numește Poartă(H). Poarta este un electrod de control, i se aplică o tensiune de control. Următoarea ieșire este numită Sursă(ȘI). Sursa este similară cu emițătorul tranzistoarelor bipolare. Al treilea pin este numit Stoke(CU). Drenajul este ieșirea de la care este preluat curentul de ieșire.

Pe circuitele electronice străine, puteți vedea următoarea denumire a bornelor tranzistoarelor unipolare:

G- obturator (din engleză - G a mâncat „oblon”, „poartă”);

S- sursa (din engleza - S ource „sursă”, „început”);

D- stoc (din engleză - D ploaie „ieșire”, „scurgere”).

Cunoscând denumirile străine ale terminalelor tranzistorului cu efect de câmp, va fi ușor de înțeles circuitele electronicelor importate.

Desemnarea unui tranzistor cu efect de câmp cu o joncțiune p-n de control (J-FET).

Asa de. Un tranzistor cu o joncțiune pn de control este indicat în diagrame după cum urmează:

J-FET cu canal n

J-FET cu canal p

În funcție de tipul de purtători care sunt utilizați pentru a forma canalul conductor (zona prin care curge curentul reglat), acești tranzistori pot fi cu canal n și canal p. Denumirea grafică arată că canalele n sunt reprezentate cu o săgeată îndreptată spre interior, iar cele cu canale p - spre exterior.

Denumirea tranzistorului MOS.

Tranzistoarele MOS unipolare (MOSFET) au o denumire grafică convențională ușor diferită față de J-FET-urile cu o joncțiune pn de control.MOSFET-urile pot fi, de asemenea, cu canal n sau canal p.

MOSFET-urile sunt de două tipuri: canal încorporatși canal indus.

Care este diferența?

Diferența este că tranzistorul cu canal indus se deschide numai atunci când la poartă este aplicată o tensiune de prag pozitivă sau numai negativă. Tensiune de prag ( U atunci ) Este tensiunea dintre ieșirea porții și sursă, la care tranzistorul cu efect de câmp se deschide și un curent de scurgere începe să curgă prin el ( IC ).

Polaritatea tensiunii de prag depinde de tipul canalului. Pentru mosfet-urile cu canal p trebuie aplicată o tensiune negativă „-” pe poartă, iar pentru cele cu canal n, o tensiune pozitivă „+”. Mosfet-urile cu un canal indus sunt denumite și tranzistori. tip îmbogățit... Prin urmare, dacă auziți ce se spune despre mosfetul de tip îmbogățit, ar trebui să știți că acesta este un tranzistor cu canal indus. Simbolul este prezentat mai jos.

MOSFET cu canale n

MOSFET cu canal p

Principala diferență dintre un tranzistor MOS cu un canal indus și un tranzistor cu efect de câmp cu un canal încorporat este că se deschide numai la o anumită valoare (pragul U) a unei tensiuni pozitive sau negative (în funcție de tipul de canal - n sau p).

Un tranzistor cu un canal încorporat se deschide deja la „0”, iar cu o tensiune negativă la poartă, funcționează în modul slab(de asemenea deschis, dar trece mai puțin curent). Dacă o tensiune pozitivă „+” este aplicată la poartă, atunci aceasta va continua să se deschidă și să intre în așa-numita regim de îmbogățire- curentul de scurgere va crește. Acest exemplu descrie funcționarea unui mosfet cu canale n „și cu un canal încorporat. Se mai numesc și tranzistori. tip epuizat... Mai jos este prezentată imaginea lor convențională în diagrame.

Pe denumirea grafică convențională, un tranzistor cu un canal indus poate fi distins de un tranzistor cu un canal încorporat prin ruperea liniei verticale.

Uneori, în literatura tehnică puteți vedea o imagine a unui MOSFET cu un al patrulea pin, care este o continuare a liniei săgeții care indică tipul de canal. Deci, a patra ieșire este ieșirea substratului. O astfel de imagine a unui mosfet este folosită, de regulă, pentru a descrie un tranzistor discret (adică, separat) și este folosită doar ca model ilustrativ. În timpul procesului de fabricație, substratul este de obicei conectat la terminalul sursă.

MOSFET cu ieșire de substrat

Desemnare MOSFET de putere

Ca urmare a conexiunii sursei și substratului în structura mosfetului de câmp, a diodă încorporată... Această diodă nu afectează funcționarea dispozitivului, deoarece este inclusă în circuit în direcția opusă. În unele cazuri, dioda încorporată, care se formează datorită caracteristicilor tehnologice ale fabricării unui MOSFET de mare putere, poate fi utilizată în practică.În ultimele generații de tranzistoare MOS de putere, o diodă încorporată este folosit pentru a proteja elementul în sine.

Este posibil ca dioda încorporată pe simbolul unui tranzistor MOS puternic să nu fie indicată, deși în realitate o astfel de diodă este prezentă în orice dispozitiv de câmp puternic.