Transistorë MOS të kanalit të induktuar

Parimi i funksionimit... Kur voltazhi në portë në lidhje me burimin është i barabartë me zero dhe në prani të një tensioni në kullues, rryma e kullimit rezulton të jetë e papërfillshme. Ai përfaqëson rrymën e kundërt p-n- kalimi midis nënshtresës dhe zonës së kullimit shumë të dopuar. Në një potencial negativ në portë (për strukturën e paraqitur në Fig.4.12), si rezultat i depërtimit të një fushe elektrike përmes shtresës dielektrike në gjysmëpërçues në tensione të ulëta të portës, një shtresë e varfëruar nga shumica e transportuesve dhe një hapësirë. rajoni i ngarkesës i përbërë nga atome të papastërtive të pakompensuara të jonizuara.

Tensionet e portës së madhe U Nga poret, në sipërfaqen e gjysmëpërçuesit nën portë shfaqet një shtresë e përmbysur, e cila është kanali që lidh burimin me kullimin. Trashësia dhe seksioni kryq i kanalit do të ndryshojë me një ndryshim në tensionin në portë, dhe në përputhje me rrethanat do të ndryshojë edhe rryma e kullimit, d.m.th., rryma në qarkun e ngarkesës dhe në lidhje me një burim të fuqishëm energjie (qarku për ndezja e një transistori me efekt në terren me një portë të izoluar është e ngjashme me p-n-kryqëzim, por polaritetet e furnizimit me energji të jashtme janë të ndryshme për transistorët me R- dhe n-kanali). Kështu kontrollohet rryma e kullimit në një IGBT dhe në një kanal të induktuar.

Për shkak të faktit se porta është e ndarë nga nënshtresa nga një shtresë dielektrike, rryma në qarkun e portës është e papërfillshme, dhe fuqia e konsumuar nga burimi i sinjalit në qarkun e portës është gjithashtu e vogël dhe kërkohet për të kontrolluar një kullim relativisht të madh. aktuale. Kështu, një transistor MOS me një kanal të induktuar mund të përforcojë lëkundjet elektromagnetike në tension dhe fuqi.

Parimi i amplifikimit të fuqisë në transistorët MIS mund të konsiderohet nga pikëpamja e transferimit nga transportuesit e ngarkesës të energjisë së një fushe elektrike konstante (energjia e një burimi të energjisë në qarkun e daljes) në një fushë elektrike alternative. Në një tranzistor MOS, para se të shfaqej kanali, pothuajse i gjithë tensioni i burimit të energjisë në qarkun e shkarkimit ra në gjysmëpërçuesin midis burimit dhe kullimit, duke krijuar një përbërës relativisht të madh konstant të forcës së fushës elektrike. Nën veprimin e tensionit të portës në gjysmëpërçues, nën portë shfaqet një kanal përmes të cilit transportuesit e ngarkesës - vrimat - lëvizin nga burimi në kullues. Vrimat, duke lëvizur në drejtim të përbërësit konstant të fushës elektrike, përshpejtohen nga kjo fushë, dhe energjia e tyre rritet për shkak të energjisë së burimit të energjisë në qarkun e kullimit. Njëkohësisht me shfaqjen e kanalit dhe shfaqjen e transportuesve të ngarkesës celulare në të, voltazhi i kullimit zvogëlohet, d.m.th., vlera e menjëhershme e përbërësit të ndryshueshëm të fushës elektrike në kanal drejtohet në të kundërt me komponentin konstant. Prandaj, vrimat ngadalësohen nga një fushë elektrike alternative, duke i dhënë asaj një pjesë të energjisë së tyre.

Karakteristikat statike të daljes... Natyra e varësive Unë c = = ( U si) në U si = konstumi për një transistor MOS me një kanal të induktuar është i ngjashëm me natyrën e të njëjtave varësi për një transistor me efekt në terren me një kontroll p-n-tranzicioni. Nënlineariteti i pjesëve të pjerrëta të karakteristikave (Fig. 4.13, a) shpjegohet me një ulje të trashësisë së kanalit pranë kullimit në

një rritje e tensionit në kullues dhe një tension konstant në portë, pasi potencialet e së njëjtës shenjë në lidhje me burimin furnizohen në kullues dhe në portë. Rrjedhimisht, diferenca potenciale midis kullimit dhe portës, ose midis portës dhe pjesës së kanalit ngjitur me kullimin, zvogëlohet. Me fjalë të tjera, për shkak të kalimit të rrymës së kullimit nëpër kanal, kanali bëhet jo ekuipotencial përgjatë gjatësisë së tij. Prandaj, me rritjen e rrymës së kullimit, seksioni kryq i kanalit pranë kullimit zvogëlohet. Në tensionin e ngopjes U Në këtë rast, kanali mbivendoset pranë kullimit dhe një rritje e mëtejshme e tensionit në kullues shkakton një rritje shumë të vogël të rrymës së kullimit.

Varësi nënlineare Unë c = f(U si) shkaktohet gjithashtu nga efekti i ngopjes së shpejtësisë së lëvizjes së transportuesve të ngarkesës ose një rënie në lëvizshmërinë e tyre në fusha të forta, si në transistorët me efekt në terren me një kontroll p-n- tranzicioni.

Me një rritje të tensionit të portës (në vlerë absolute), karakteristikat statike të daljes zhvendosen në rajonin e rrymave të larta të kullimit (Fig. 4.13, a), e cila është e lehtë për t'u kuptuar në bazë të parimit të funksionimit të një MOS. transistor me një kanal të induktuar.

Në tensione të larta në kullues, mund të ndodhë një prishje e transistorit MIS, ndërsa mund të ketë dy lloje prishjesh - prishje p-n- kalimi nën kullimin dhe prishja dielektrike nën portë.

Thyej p-n-kryqëzimi zakonisht ka një karakter orteku, pasi transistorët MIS zakonisht bëhen në silikon. Në këtë rast, tensioni i prishjes U Tensioni nëpër portë mund të ndikojë në tensionin në të gjithë portën: meqenëse potencialet e të njëjtit polaritet aplikohen në kanalin e induktuar në kullues dhe në portën e transistorit MOS, atëherë me një rritje të tensionit të portës, ai do të rritet. U s.prob. Prishja dielektrike nën portë mund të ndodhë në një tension të portës prej vetëm disa dhjetëra volt, pasi trashësia e shtresës së dioksidit të silikonit është rreth 0,1 μm. Prishja zakonisht ka një karakter termik, ndodh kur rryma është e fiksuar, dhe për këtë arsye, edhe në energji të ulëta të pulseve të tensionit, mund të ndodhin ndryshime të pakthyeshme në dielektrikë. Ky lloj prishjeje mund të ndodhë si rezultat i akumulimit të ngarkesave statike, pasi impedanca hyrëse e transistorëve MIS është e lartë. Për të përjashtuar mundësinë e këtij lloji të prishjes, hyrja e tranzistorit MOS shpesh mbrohet nga një diodë zener, e cila kufizon tensionin në portë.

Karakteristikat statike të transmetimit... Natyra e varësive Unë c = = f(U përshëndetje) në U si = konst është e qartë nga parimi i funksionimit të një transistori MOS me një kanal të induktuar. Karakteristikat për tensione të ndryshme kullimi dalin nga pika në abshisë, që korrespondojnë me tensionin e pragut U si . poret (Fig. 4.13, b). Me një rritje të tensionit të kullimit me një tension konstant të portës, rryma e kullimit rritet edhe në pjesën e sheshtë të karakteristikave statike të daljes (Fig. 4.13, a), gjë që çon në një zhvendosje lart të karakteristikave të transmetimit në sistemin e zgjedhur të koordinatave .

4.3. Parametrat diferencialë dhe përcaktimi i tyre me karakteristika statike

Parametrat e transistorëve mund të përcaktohen nga karakteristikat statike, siç tregohet në Fig. 4.14. Për pikën e funksionimit A ( U Me / , Unë c /, U hi /) pjerrësia dhe rezistenca diferenciale përcaktohen nga shprehjet e mëposhtme:

(4.10) (4.11)

Fitimi i tensionit statik:

Përcaktohet në një rrymë kullimi konstante.

Grafikisht, nuk është gjithmonë e mundur ta gjesh atë.

Prandaj, llogaritet me ekuacionin µ = SR i .

4.4. Parametrat kryesorë të transistorëve me efekt në terren

dhe vlerat e tyre treguese

Parametrat kryesorë të transistorëve me efekt në terren përfshijnë:

një). Karakteristikat e pjerrësisë

(4.12)

2). Pjerrësia mbi nënshtresën

(4.13)

3). Fitimi statik i tensionit μ - nga disa njësi në qindra;

5). Tensioni i pragut U zi pore ( U zi pore = 1 ... 6 V).

6). Rezistenca ndaj burimit të kullimit në gjendje të hapur R hap ( R hapur = 2 ... 300 Ohm), rezistenca diferenciale R i = dU / dI U SI = konstumi brenda 5 ... 100 kΩ;

6). Rryma e vazhdueshme e kullimit Unë shkumë Me(dhjetëra miliamper - dhjetëra amper).

7). Rryma e mbetur e kullimit Unë c ost - rryma e kullimit në tension U zi uts ( Unë c pjesa tjetër = = 0,001 ... 10mA);

tetë). Frekuenca maksimale e fitimit f p është frekuenca në të cilën fitimi i fuqisë K p është i barabartë me një ( f p - dhjetëra, qindra megaherz - deri në disa dhjetëra gigaherz).

9). Rryma fillestare e shkarkimit I nga fillimi - rryma e shkarkimit në tension zero U zi; për transistorët me një kontroll p-n- tranzicioni I me fillim = 0,2 ... 600 mA; me një kanal I të integruar teknologjikisht me fillim = 0,1 ... 100 mA; me kanal të induktuar I me init = 0,01 ... 0,5 μA.

Emërtimet e transistorëve me efekt në terren janë të ngjashme me ato të transistorëve bipolarë, vetëm shkronja P vendoset në vend të shkronjës T, për shembull, KP1OZA, 2P303V, etj.

Transistorët me efekt në terren me një pengesë Schottky përdoren gjerësisht. Transistorët premtues janë tranzistorë me efekt në terren arsenid galium që funksionojnë në frekuenca deri në dhjetëra - qindra gigahertz, të cilët mund të përdoren në amplifikatorët me mikrovalë me zhurmë të ulët, amplifikatorët e fuqisë dhe gjeneratorët.

Sa shpesh e keni dëgjuar emrin MOSFET, MOSFET, MOS, fushë, MOSFET, IGBT? Po, po... këto janë të gjitha sinonime dhe i referohen të njëjtit element radioje.

Emri i plotë i një elementi të tillë radio në mënyrën angleze tingëllon si M etal O oksid S emipërçues F prodhimi E efekt T ransistorë (MOSFET), i cili fjalë për fjalë tingëllon si transistor me efekt në terren gjysmëpërçues me oksid metali. Nëse e shndërrojmë atë në gjuhën tonë të fuqishme ruse, atëherë rezulton si Tranzistor me efekt në terren me strukturë Gjysmëpërçues Oksid Metal ose thjesht Mosfet;-). Pse quhet edhe MOSFET tranzistor MIS dhe ? Cila është arsyeja për këtë? Ju do të mësoni për këto dhe gjëra të tjera në artikullin tonë. Mos kaloni në një skedë tjetër! ;-)

Llojet e transistorëve MOS

Në familjen e transistorëve MOS, ekzistojnë kryesisht 4 lloje:

1) Kanal N me kanal të induktuar

2) Kanali P me kanal të induktuar

3) Kanal N me kanal të integruar

4) Kanali P me kanal të integruar

Siç mund ta keni vënë re, ndryshimi i vetëm është në përcaktimin e vetë kanalit. Me një kanal të induktuar, ai tregohet nga një vijë e ndërprerë, dhe me një kanal të ngulitur, tregohet nga një vijë e fortë.

Në botën moderne, transistorët MOS me një kanal të integruar përdoren gjithnjë e më rrallë, kështu që në artikujt tanë nuk do t'i prekim ato, por do të konsiderojmë vetëm transistorët e kanalit N dhe P me një kanal të induktuar.

Nga erdhi emri "MOP"?

Le të fillojmë serinë tonë të artikujve rreth MOSFET me MOSFET-in më të zakonshëm të kanalit N me një kanal të induktuar. Shkoni!

Nëse merrni një thikë të hollë dhe të hollë dhe prisni transistorin MOS për së gjati, mund të shihni foton e mëposhtme:

Kur shikohet për sa i përket ushqimit në tryezën tuaj, MOSFET duket më shumë si një sanduiç. Gjysmëpërçuesi i tipit P është një copë bukë e trashë, dielektriku është një copë e hollë sallam, dhe sipër vendosim një shtresë tjetër metali - një fetë të hollë djathi. Dhe ne marrim këtë sanduiç:

Dhe cila do të jetë struktura e tranzistorit nga lart poshtë? Djathi është metal, sallami është dielektrik, buka është gjysmëpërçues. Prandaj, marrim Metal-Dielektrik-Gjysëmpërçues. Dhe nëse marrim shkronjat e para nga secili emër, atëherë marrim TIR - M metal- D elektricist P Një dirigjent, apo jo? Kjo do të thotë që një transistor i tillë mund të quhet me shkronjat e para një transistor MOS ;-). Dhe meqenëse një shtresë shumë e hollë e oksidit të silikonit (SiO 2) përdoret si dielektrik, mund të themi se është pothuajse xhami, atëherë në vend të emrit "dielektrik" morën emrin "oksid, oksid", dhe doli M metal- O pelte - P Gjysmëpërçues, shkurtuar MOS. Epo, tani gjithçka ra në vend ;-)

Struktura e tranzistorit MOS

Le të hedhim një vështrim tjetër në strukturën e MOSFET-it tonë:

Ne kemi një "tullë" të materialit gjysmëpërçues P-përçueshmëri. Siç e mbani mend, vrimat janë bartësit kryesorë në një gjysmëpërçues të tipit P, kështu që përqendrimi i tyre në këtë material është shumë më i lartë se elektronet. Por elektronet ekzistojnë gjithashtu në një gjysmëpërçues P. Siç e mbani mend, elektronet në një gjysmëpërçues P janë media të vogla dhe përqendrimi i tyre është shumë i ulët në krahasim me vrimat. "Tulla" e gjysmëpërçuesit P quhet Substrate... Është baza e MOSFET-it pasi në të krijohen shtresa të tjera. Një kunj me të njëjtin emër del nga nënshtresa.

Shtresat e tjera janë material i tipit N +, dielektrik, metal. Pse N + dhe jo vetëm N? Fakti është se ky material është shumë i dopuar, domethënë përqendrimi i elektroneve në këtë gjysmëpërçues është shumë i lartë. Nga gjysmëpërçuesit e tipit N +, të cilët ndodhen në skajet, nisen dy priza: Burimi dhe Drain.

Midis burimit dhe kullimit, përmes dielektrikut ndodhet një pllakë metalike, nga e cila vjen dalja dhe quhet Porta. Nuk ka lidhje elektrike midis portës dhe kunjave të tjera. Porta në përgjithësi është e izoluar nga të gjitha terminalet e tranzistorit, për këtë arsye MOSFET quhet edhe tranzistor i portës së izoluar.

Nënshtresa MOSFET

Pra, duke parë foton e mësipërme, ne shohim se transistori MOS në qark ka 4 dalje (Burimi, Drain, Gate, Substrate), por në realitet vetëm 3. Cila është kapja? Çështja është se Nënshtresa zakonisht lidhet me Burimin. Ndonjëherë kjo është bërë tashmë në vetë tranzitorin gjatë fazës së zhvillimit. Si rezultat i faktit se Burimi është i lidhur me Nënshtresën, midis kullimit dhe burimit formohet një diodë, e cila ndonjëherë nuk tregohet as në diagrame, por është gjithmonë e pranishme:

Prandaj, kërkohet të vëzhgoni pikën kur lidhni MOSFET në qark.

Si funksionon MOSFET

Gjithçka është e njëjtë këtu si brenda. Burimi është dalja ku transportuesit kryesorë të ngarkesës fillojnë rrugën e tyre, Drain është dalja ku ato rrjedhin dhe Porta është dalja me të cilën ne kontrollojmë rrjedhën e transportuesve kryesorë të ngarkesës.

Le të mos jetë ende e lidhur grila askund. Për të rregulluar lëvizjen e elektroneve përmes Source-Stoke, na duhet një furnizim me energji Bat:

Nëse marrim parasysh tranzistorin tonë nga pikëpamja dhe diodat e bazuara në to, atëherë mund të vizatojmë një qark ekuivalent për vizatimin tonë. Do të duket kështu:

ku

I-burimi, P-Substrate, S-Stock.

Siç mund ta shihni, dioda VD2 është ndezur në drejtim të kundërt, kështu që rryma elektrike nuk do të rrjedhë askund.

Prandaj, në këtë skemë

nuk planifikohet lëvizje e rrymës elektrike.

POR…

Induksioni i kanalit në një MOSFET

Nëse një tension i caktuar aplikohet në Gate, transformimet magjike fillojnë në nënshtresë. Në të fillon nxis kanalin.

Induksion, induksion - fjalë për fjalë do të thotë "udhëzim", "ndikim". Ky term nënkupton ngacmim në një objekt të ndonjë prone ose aktiviteti në prani të një subjekti emocionues (induktor), por pa kontakt të drejtpërdrejtë (për shembull, përmes një fushe elektrike). Shprehja e fundit për ne ka një kuptim më të thellë: "përmes një fushe elektrike".

Tranzistor me efekt në terren

Tranzistor me efekt në terren (anglisht... transistor me efekt në terren, FET) - një pajisje gjysmëpërçuese në të cilën rryma ndryshon si rezultat i veprimit pingul rryma e fushës elektrike e krijuar nga sinjali hyrës.

Rrjedha e rrymës së funksionimit në një transistor me efekt në terren është për shkak të transportuesve të ngarkimit të vetëm një shenje (elektrone ose vrima), prandaj pajisje të tilla shpesh përfshihen në një klasë më të gjerë të pajisjeve elektronike unipolare (në krahasim me ato bipolare).

Në një kristal gjysmëpërçues me një rezistencë relativisht të lartë, i cili quhet substrat, krijohen dy rajone shumë të dopuara me një lloj përçueshmërie të kundërt me nënshtresën. Këto zona janë të mbuluara me elektroda metalike - burimi dhe kullimi. Distanca midis rajoneve të burimit shumë të dopuar dhe kullimit mund të jetë më pak se një mikron. Sipërfaqja e kristalit gjysmëpërçues midis burimit dhe kullimit është e mbuluar me një shtresë të hollë (rreth 0,1 μm) dielektrike. Meqenëse gjysmëpërçuesi fillestar për transistorët me efekt në terren është zakonisht silikoni, një shtresë e dioksidit të silikonit SiO 2, e rritur në sipërfaqen e një kristali silikoni nga oksidimi në temperaturë të lartë, përdoret si dielektrik. Një elektrodë metalike - një portë - aplikohet në shtresën dielektrike. Rezultati është një strukturë e përbërë nga një metal, një dielektrik dhe një gjysmëpërçues. Prandaj, IGBT FET shpesh quhen MOSFET.

Rezistenca e hyrjes së transistorëve MOS mund të arrijë 10 10 ... 10 14 Ohm (për transistorët me efekt në terren me një lidhje kontrolli p-n 10 7 ... 10 9), që është një avantazh në ndërtimin e pajisjeve me precizion të lartë.

Ekzistojnë dy lloje të transistorëve MOS: me një kanal të induktuar dhe me një kanal të ngulitur.

Në tranzistorët MOS me një kanal të induktuar (Fig. 2, a), nuk ka asnjë kanal përcjellës midis burimit shumë të dopuar dhe rajoneve të kullimit dhe, për rrjedhojë, një rrymë e dukshme kullimi shfaqet vetëm në një polaritet të caktuar dhe në një vlerë të caktuar të portës. tension në lidhje me burimin, i cili quhet tension i pragut ( U Zipor).

Në transistorët MIS me një kanal të integruar (Fig. 2, b), në sipërfaqen e gjysmëpërçuesit nën portë me tension zero të portës në lidhje me burimin, ekziston një shtresë e kundërt - një kanal që lidh burimin me kullimin.

Treguar në fig. 2, strukturat IGBT kanë një substrat përçueshmërie të tipit n. Prandaj, rajonet shumë të dopuara nën burim dhe kullues, si dhe kanali i induktuar dhe i integruar, kanë përçueshmëri të tipit p. Nëse transistorë të ngjashëm krijohen në një substrat me përçueshmëri të tipit p, atëherë kanali i tyre do të ketë përçueshmëri të tipit n.

Transistorë MOS të kanalit të induktuar

Kur tensioni në portë në lidhje me burimin është i barabartë me zero, dhe në prani të një tensioni në kullues, rryma e kullimit rezulton të jetë e papërfillshme. Ai përfaqëson rrymën e kundërt të kryqëzimit pn midis nënshtresës dhe zonës së kullimit të ndotur shumë. Në një potencial negativ në portë (për strukturën e paraqitur në Fig. 2, a) si rezultat i depërtimit të një fushe elektrike përmes shtresës dielektrike në gjysmëpërçues në tensione të ulëta të portës (më të ulëta U Zipor) afër sipërfaqes së gjysmëpërçuesit nën portë, shfaqet një shtresë e varfëruar në shumicën e bartësve, efekti i fushës dhe një rajon i ngarkesës hapësinore i përbërë nga atome papastërtie të pakompensuara të jonizuara. Tensionet e portës së madhe U Zipor, në sipërfaqen e gjysmëpërçuesit nën portë shfaqet një shtresë e kundërt, e cila është kanali që lidh burimin me kullimin. Trashësia dhe seksioni kryq i kanalit do të ndryshojë me një ndryshim në tensionin e portës, dhe rryma e kullimit, domethënë rryma në qarkun e ngarkesës dhe një burim relativisht i fuqishëm i energjisë, gjithashtu do të ndryshojë. Kështu kontrollohet rryma e kullimit në një IGBT dhe në një kanal të induktuar.

Për shkak të faktit se porta është e ndarë nga nënshtresa nga një shtresë dielektrike, rryma në qarkun e portës është e papërfillshme, dhe fuqia e konsumuar nga burimi i sinjalit në qarkun e portës është gjithashtu e vogël dhe kërkohet për të kontrolluar një kullim relativisht të madh. aktuale. Kështu, një transistor MOS me një kanal të induktuar mund të përforcojë lëkundjet elektromagnetike në tension dhe fuqi.

Parimi i amplifikimit të fuqisë në transistorët MIS mund të konsiderohet nga pikëpamja e transferimit nga transportuesit e ngarkesës të energjisë së një fushe elektrike konstante (energjia e një burimi të energjisë në qarkun e daljes) në një fushë elektrike alternative. Në një tranzistor MOS, përpara se të shfaqej kanali, pothuajse i gjithë tensioni i burimit të energjisë në qarkun e shkarkimit ra në gjysmëpërçuesin midis burimit dhe kullimit, duke krijuar një përbërës relativisht të madh konstant të fuqisë së fushës elektrike. Nën veprimin e tensionit të portës në gjysmëpërçues, nën portë shfaqet një kanal përmes të cilit transportuesit e ngarkesës - vrimat - lëvizin nga burimi në kullues. Vrimat, duke lëvizur në drejtim të përbërësit konstant të fushës elektrike, përshpejtohen nga kjo fushë dhe energjia e tyre rritet për shkak të energjisë së burimit të energjisë në qarkun e kullimit. Njëkohësisht me shfaqjen e kanalit dhe shfaqjen e transportuesve të ngarkesës celulare në të, voltazhi në kullim zvogëlohet, domethënë, vlera e menjëhershme e përbërësit të ndryshueshëm të fushës elektrike në kanal drejtohet në të kundërt me komponentin konstant. Prandaj, vrimat ngadalësohen nga një fushë elektrike alternative, duke i dhënë asaj një pjesë të energjisë së tyre.

Tranzistorë MIS me kanal të integruar

Oriz. 3. Karakteristikat statike të daljes (a) dhe karakteristikat statike të transmetimit (b) të transistorit MOS me një kanal të ngulitur.

Për shkak të pranisë së një kanali të integruar në një transistor të tillë MOS në tensionin e portës zero (shih Fig. 2, b), seksioni kryq dhe përçueshmëria e kanalit do të ndryshojnë me një ndryshim në tensionin e portës, si në polaritet negativ ashtu edhe pozitiv. . Kështu, një transistor MIS me një kanal të integruar mund të funksionojë në dy mënyra: në modalitetin e pasurimit dhe në modalitetin e zbrazjes së kanalit me transportues ngarkimi. Kjo veçori e transistorëve MOS me një kanal të integruar reflektohet gjithashtu në zhvendosjen e karakteristikave statike të daljes kur ndryshon tensioni në portë dhe polariteti i tij (Fig. 3).

Karakteristikat statike të transmetimit (Fig. 3, b) dalin nga pika në boshtin e abshisës që korrespondon me tensionin e ndërprerjes U zyots domethënë tensioni ndërmjet portës dhe burimit të MOSFET-it të varfërimit në të cilin rryma e kullimit arrin një vlerë të ulët të paracaktuar.

Formulat e llogaritjes në varësi të tensionit U ZI

1. Transistori është i mbyllur

Vlera e tensionit të pragut të tranzistorit MIS

2. Seksioni parabolik.

Pjerrësia specifike e karakteristikës së transferimit të transistorit.

3. Rritja e mëtejshme çon në një kalim në një nivel të butë.

- Ekuacioni i Hovstein.

Struktura TIR për qëllime të veçanta

Në strukturat e tipit metal-nitrit-oksid-gjysmëpërçues (MNOS), dielektriku nën portë bëhet në dy shtresa: një shtresë oksidi SiO 2 dhe një shtresë e trashë nitridi Si 3 N 4. Ndërmjet shtresave, formohen kurthe elektronike, të cilat, kur një tension pozitiv (28..30 V) aplikohet në portën e strukturës MNOS, kapin elektronet që tunelojnë përmes një shtrese të hollë SiO 2. Jonet e ngarkuara negativisht që rezultojnë rrisin tensionin e pragut dhe ngarkesa e tyre mund të ruhet deri në disa vjet në mungesë të energjisë, pasi shtresa SiO 2 parandalon rrjedhjen e ngarkesës. Kur një tension i madh negativ (28 ... 30 V) aplikohet në portë, ngarkesa e akumuluar absorbohet, gjë që redukton ndjeshëm tensionin e pragut.

Strukturat gjysmëpërçuese të oksidit metalik (MOS) me injeksion me ortekë me portë lundruese (LISMOS) kanë një portë polisilikoni të izoluar nga pjesë të tjera të strukturës. Një prishje orteku e kryqëzimit p-n të substratit dhe kullimit ose burimit, në të cilin aplikohet një tension i lartë, lejon që elektronet të depërtojnë përmes shtresës së oksidit në portë, si rezultat i së cilës shfaqet një ngarkesë negative mbi të. Vetitë izoluese të dielektrikut lejojnë që kjo ngarkesë të mbahet për dekada. Heqja e ngarkesës elektrike nga porta kryhet duke përdorur rrezatim ultravjollcë jonizues me llamba kuarci, ndërsa fotorryma lejon që elektronet të rikombinohen me vrima.

Më vonë, u zhvilluan strukturat e tranzistorëve me efekt të fushës së ruajtjes me një portë të dyfishtë. Një grilë e integruar në dielektrik përdoret për të ruajtur një ngarkesë që përcakton gjendjen e pajisjes dhe një grilë e jashtme (konvencionale), e kontrolluar nga pulse shumëpolare për të futur ose hequr ngarkesën në qepen e integruar (të brendshëm). Kështu u shfaqën qelizat dhe më pas mikroqarqet e memories flash, të cilat kanë fituar popullaritet të madh këto ditë dhe kanë bërë konkurrencë të konsiderueshme me hard disqet në kompjuterë.

Për zbatimin e qarqeve të integruara shumë të mëdha (VLSI), janë krijuar mikrotransistorë në terren nënminiaturë. Ato janë bërë duke përdorur nanoteknologji me një rezolucion gjeometrik më të vogël se 100 nm. Në pajisje të tilla, trashësia e dielektrikut të portës arrin disa shtresa atomike. Përdoren struktura të ndryshme, duke përfshirë tre porta. Pajisjet funksionojnë në modalitetin e mikroenergjisë. Në mikroprocesorët modernë nga korporata Intel, numri i pajisjeve varion nga dhjetëra miliona në 2 miliardë. Mikrotransistorët më të rinj me efekt në terren janë bërë në silikon të tendosur, kanë një portë metalike dhe përdorin një material të ri të patentuar për dielektrikën e portës bazuar në përbërjet e hafniumit.

Në çerek shekullin e fundit, transistorët e fuqishëm me efekt në terren, kryesisht të tipit MIS, janë zhvilluar me shpejtësi. Ato përbëhen nga shumë struktura ose struktura me fuqi të ulët me një konfigurim të portës së degëzuar. Pajisje të tilla me frekuencë të lartë dhe me mikrovalë u krijuan për herë të parë në BRSS nga specialistët e Institutit të Kërkimeve Pulsar VV Bachurin (pajisje silikoni) dhe V. Ya. Vaksemburg (pajisje arsenidi të galiumit). Studimi i vetive të tyre të impulsit u krye nga shkolla shkencore e prof. Dyakonova V.P. (dega Smolensk e MPEI). Kjo hapi fushën e zhvillimit të tranzistorëve të fuqishëm kyç (pulsi) me efekt në terren me struktura të veçanta, që kanë tensione dhe rryma të larta funksionimi (veçmas deri në 500-1000 V dhe 50-100 A). Pajisjet e tilla shpesh kontrollohen nga tensione të ulëta (deri në 5 V), kanë rezistencë të ulët në gjendje të hapur (deri në 0,01 Ohm) në pajisjet me rrymë të lartë, pjerrësi të lartë dhe kohë të vogla të ndërrimit (në njësi deri në dhjetëra ns). Ata nuk kanë fenomenin e akumulimit të bartësve në strukturë dhe fenomenin e ngopjes së natyrshme në transistorët bipolarë. Si rezultat, transistorët me efekt në terren me fuqi të lartë po zëvendësojnë me sukses transistorët bipolarë me fuqi të lartë në fushën e elektronikës me fuqi të ulët dhe të mesme.

Jashtë vendit, në dekadat e fundit, është zhvilluar me shpejtësi teknologjia e transistorëve elektronikë shumë të lëvizshëm (HME), të cilat përdoren gjerësisht në pajisjet e komunikimit me mikrovalë dhe të mbikqyrjes radio. Në bazë të TVPE, krijohen qarqe të integruara të mikrovalës hibride dhe monolit ( anglisht)). Funksionimi i TVET bazohet në kontrollin e kanalit duke përdorur një gaz elektronik dydimensional, rajoni i të cilit krijohet nën kontaktin e portës për shkak të përdorimit të një heterounksioni dhe një shtrese dielektrike shumë të hollë - një ndarës.

Fushat e aplikimit të transistorëve me efekt në terren

Një pjesë e konsiderueshme e transistorëve me efekt në terren të prodhuar aktualisht janë pjesë e strukturave CMOS, të cilat janë ndërtuar nga transistorë me efekt në terren me kanale të llojeve të ndryshme të përçueshmërisë (p- dhe n-) dhe përdoren gjerësisht në qarqet e integruara dixhitale dhe analoge.

Për shkak të faktit se transistorët me efekt në terren kontrollohen nga fusha (madhësia e tensionit të aplikuar në portë), dhe jo nga rryma që rrjedh nëpër bazë (si në transistorët bipolarë), transistorët me efekt në terren konsumojnë shumë më pak energji , e cila është veçanërisht e rëndësishme në qarqet e pajisjeve të pritjes dhe gjurmimit, si dhe në skemat e konsumit të ulët dhe kursimit të energjisë (zbatimi i mënyrave të gjumit).

Shembuj të shquar të pajisjeve FET janë orët e dorës me kuarc dhe telekomandat e televizorit. Për shkak të përdorimit të strukturave CMOS, këto pajisje mund të funksionojnë deri në disa vjet, sepse praktikisht nuk konsumojnë energji.

Fushat e aplikimit të transistorëve të fuqishëm me efekt në terren po zhvillohen me një ritëm të jashtëzakonshëm. Përdorimi i tyre në pajisjet radiotransmetuese bën të mundur marrjen e një pastërtie të shtuar të spektrit të sinjaleve të radios të rrezatuar, për të ulur nivelin e ndërhyrjes dhe për të rritur besueshmërinë e transmetuesve të radios. Në elektronikën e fuqisë, transistorët kryesorë me fuqi të lartë me efekt në terren po zëvendësojnë dhe zëvendësojnë me sukses transistorët bipolarë me fuqi të lartë. Në konvertuesit e fuqisë, ato lejojnë rritjen e frekuencës së konvertimit me 1-2 rend të madhësisë dhe zvogëlimin drastik të madhësisë dhe peshës së konvertuesve të fuqisë. Pajisjet me fuqi të lartë përdorin transistorë bipolarë të kontrolluar në terren (IGBT) për të zhvendosur me sukses tiristorët. Në përforcuesit e fuqisë audio të nivelit të lartë HiFi dhe HiEnd, transistorët e fuqishëm me efekt në terren zëvendësojnë me sukses tubat e fuqishëm të vakumit, pasi ato kanë shtrembërime të ulëta jolineare dhe dinamike.

Shiko gjithashtu

Lidhjet

Shënime (redakto)

Gjendja e ngurtë pasive	Rezistencë e ndryshueshme Rezistencë e ndryshueshme Rezistencë prerëse Rezistencë Varistor Kondensator Varistor Kondensator i ndryshueshëm Kondensator i ndryshueshëm Kondensator i prerësit Induktor Rezonator kuarci Siguresa Fitil vetë-shërues Transformator
Gjendje e ngurtë aktive	Diodë Fotodiodë LED Lazer gjysmëpërçues · Diodë Schottky Stabilizues Zener Diodë Varicap Varicond Ura diodike · Diodë orteku · Diodë tuneli · Diodë Gunn Transistor · Tranzistor bipolar · Tranzistor me efekt në terren · Tranzistor CMOS · Transistor unjuunction Fototransistor Tranzistor i përbërë Tranzistor balistik Qark i integruar · Qarku i integruar dixhital · Qarku i integruar analog Tiristor Triac Dinistor Memristor
Vakum pasiv	Barretter
Vakum aktiv dhe shkarkim gazi

Elementet gjysmëpërçues po rriten vazhdimisht. Çdo shpikje e re në këtë fushë, në fakt, ndryshon të gjithë konceptin e sistemeve elektronike. Aftësitë e projektimit të qarkut po ndryshojnë, pajisjet e reja shfaqen në bazë të tyre. Ka kaluar shumë kohë që nga shpikja (1948). U shpikën strukturat "p-n-p" dhe "n-p-n". Me kalimin e kohës u shfaq një transistor MIS, i cili funksiononte në parimin e ndryshimit të përçueshmërisë elektrike të një shtrese gjysmëpërçuese afër sipërfaqes nën veprimin e një fushe elektrike. Prandaj një emër tjetër për këtë element - fushë.

Vetë shkurtesa MIS (metal-dielektrik-gjysmëpërçues) karakterizon strukturën e brendshme të kësaj pajisjeje. Në të vërtetë, porta e saj është e izoluar nga kullimi dhe burimi nga një shtresë e hollë jopërçuese. Një tranzistor modern MOS ka një gjatësi porte prej 0.6 μm. Vetëm një fushë elektromagnetike mund të kalojë nëpër të - kështu që ndikon në gjendjen elektrike të gjysmëpërçuesit.

Le të shohim se si funksionon dhe të zbulojmë se cili është ndryshimi kryesor i tij nga "vëllai" bipolar. Kur shfaqet potenciali i kërkuar, një fushë elektromagnetike shfaqet në portën e saj. Ndikon në rezistencën e kryqëzimit kullues-burim. Këtu janë disa nga përfitimet e përdorimit të kësaj pajisjeje.

Gjatë projektimit dhe punës me këta elementë, duhet të kihet parasysh se transistorët MIS janë shumë të ndjeshëm ndaj mbitensionit në qark dhe që do të thotë, pajisja mund të dështojë kur prek daljet e kontrollit. Përdorni tokëzim të veçantë për montim ose çmontim.

Perspektivat për përdorimin e kësaj pajisjeje janë shumë të mira. Për shkak të vetive të tij unike, ai ka gjetur aplikim të gjerë në pajisje të ndryshme elektronike. Një drejtim inovativ në elektronikën moderne është përdorimi i moduleve të fuqisë IGBT për të operuar në qarqe të ndryshme, duke përfshirë induksionin.

Teknologjia e prodhimit të tyre po përmirësohet vazhdimisht. Zhvillimi është duke u zhvilluar për të shkallëzuar (zvogëluar) gjatësinë e grilave. Kjo do të përmirësojë parametrat tashmë të mirë të funksionimit të pajisjes.

Në diagramet skematike, mund të gjeni përcaktimin e një transistori me efekt në terren të një lloji ose një tjetër.

Për të mos u hutuar dhe për të marrë idenë më të plotë se çfarë lloj transistori përdoret në qark, le të krahasojmë përcaktimin grafik konvencional të një transistori unipolar dhe vetitë dhe veçoritë e tij dalluese.

Pavarësisht nga lloji i transistorit me efekt në terren, ai ka tre terminale. Njëri prej tyre quhet Porta(H). Porta është një elektrodë kontrolli, në të aplikohet një tension kontrolli. Prodhimi tjetër quhet Burimi(DHE). Burimi është i ngjashëm me emetuesin e transistorëve bipolarë. Kunja e tretë quhet Stoke(ME). Drenazhi është dalja nga e cila merret rryma e daljes.

Në qarqet elektronike të huaja, mund të shihni përcaktimin e mëposhtëm të terminaleve të transistorëve unipolarë:

G- grila (nga anglishtja - G hëngri "qepen", "portë");

S- burimi (nga anglishtja - S"burimi", "fillimi");

D- aksione (nga anglishtja - D shi "rrjedhje", "rrjedhje").

Duke ditur përcaktimet e huaja të terminaleve të transistorit me efekt në terren, do të jetë e lehtë të kuptohen qarqet e elektronikës së importuar.

Përcaktimi i një transistori me efekt në terren me një lidhje kontrolli p-n - (J-FET).

Kështu që. Një tranzistor me një kryqëzim kontrolli pn - tregohet në diagramet si më poshtë:

n-kanal J-FET

P-kanali J-FET

Në varësi të llojit të bartësve që përdoren për të formuar kanalin përcjellës (zona nëpër të cilën rrjedh rryma e rregulluar), këta transistorë mund të jenë n-kanal dhe kanal p. Përcaktimi grafik tregon se kanalet n përshkruhen me një shigjetë të drejtuar nga brenda, dhe ato me kanal p - nga jashtë.

Emërtimi i tranzistorit MOS.

Transistorët MOS unipolare (MOSFET) kanë një përcaktim grafik konvencional paksa të ndryshëm nga J-FET me një kryqëzim kontrolli pn. MOSFET mund të jenë gjithashtu n-kanal ose kanal p.

MOSFET-et janë dy llojesh: kanal i integruar dhe kanali i induktuar.

Qfare eshte dallimi?

Dallimi është se transistori i kanalit të induktuar hapet vetëm kur një tension i pragut pozitiv ose vetëm negativ aplikohet në portë. Tensioni i pragut ( U pastaj ) Është tensioni midis daljes së portës dhe burimit, në të cilin hapet transistori me efekt në terren dhe një rrymë kullimi fillon të rrjedhë nëpër të ( Unë C ).

Polariteti i tensionit të pragut varet nga lloji i kanalit. Për mosfet me kanal p, duhet të aplikohet një tension negativ "-" në portë, dhe për ata me një kanal n, një tension pozitiv "+". Mosfet me një kanal të induktuar quhen gjithashtu transistorë. lloj i pasuruar... Prandaj, nëse dëgjoni se çfarë thuhet për mosfetin e tipit të pasuruar, duhet të dini se ky është një transistor me kanal të induktuar. Simboli tregohet më poshtë.

MOSFET me n kanal

MOSFET me kanal p

Dallimi kryesor midis një transistori MOS me një kanal të induktuar dhe një tranzistor me efekt në terren me një kanal të integruar është se ai hapet vetëm në një vlerë të caktuar (pragu U) të një tensioni pozitiv ose negativ (në varësi të llojit të kanalit - n ose p).

Një tranzistor me një kanal të integruar hapet tashmë në "0" dhe me një tension negativ në portë, funksionon në modaliteti i dobët(gjithashtu i hapur, por kalon më pak rrymë). Nëse një tension pozitiv "+" aplikohet në portë, atëherë ajo do të vazhdojë të hapet dhe të shkojë në të ashtuquajturën regjimi i pasurimit- rryma e kullimit do të rritet. Ky shembull përshkruan funksionimin e një mosfet me kanal n "dhe me një kanal të integruar. Ata quhen gjithashtu transistorë. tip i varfëruar... Më poshtë është paraqitur imazhi i tyre konvencional në diagrame.

Në përcaktimin grafik konvencional, një transistor me një kanal të induktuar mund të dallohet nga një transistor me një kanal të integruar duke thyer vijën vertikale.

Ndonjëherë në literaturën teknike mund të shihni një imazh të një MOSFET me një kunj të katërt, i cili është një vazhdim i vijës së shigjetës që tregon llojin e kanalit. Pra, dalja e katërt është dalja e nënshtresës. Një imazh i tillë i një mosfeti përdoret, si rregull, për të përshkruar një transistor diskret (d.m.th., të veçantë) dhe përdoret vetëm si një model ilustrues. Gjatë procesit të prodhimit, nënshtresa zakonisht lidhet me terminalin burimor.

MOSFET me dalje nënshtrese

Fuqia MOSFET Emërtimi

Si rezultat i lidhjes së burimit dhe nënshtresës në strukturën mosfet fushore, a diodë e integruar... Kjo diodë nuk ndikon në funksionimin e pajisjes, pasi ajo përfshihet në qark në drejtim të kundërt. Në disa raste, dioda e integruar, e cila formohet për shkak të veçorive teknologjike të prodhimit të një MOSFET me fuqi të lartë, mund të përdoret në praktikë. Në gjeneratat e fundit të transistorëve MOS të fuqisë, një diodë e integruar është përdoret për të mbrojtur vetë elementin.

Dioda e integruar në simbolin e një transistori të fuqishëm MOS mund të mos tregohet, megjithëse në realitet një diodë e tillë është e pranishme në çdo pajisje të fuqishme në terren.