Двухзатворный полевой транзистор: CF750, двухзатворный полевой транзистор GaAs до 3ГГц 8В 0,3Вт SOT142, Infineon — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Двухзатворные полевые транзисторы в смесителе приёмника прямого преобразования

Входе проведения экспериментов со смесителями на полевых транзисторах КП305 большинство из них вышли из строя по причине их высокой чувствительности к статическому электричеству. Поэтому было решено провести эксперименты со смесителями на двухзатворных полевых транзисторах BF960, BF961, BF964S зарубежного
производства и отечественных КП327А. Особенность этих транзисторов — наличие в цепях затворов встроенных защитных диодов, поэтому они устойчивы к статическому электричеству.

Схема смесителя диапазона 80 метров на одном транзисторе показана на рис. 1. Здесь гетеродин работает на частоте, вдвое меньшей принимаемой. Это позволило существенно ослабить излучение сигнала гетеродина (до 80 дБ) и практически избавиться от фона переменного тока, обусловленного таким излучением. Без УВЧ чувствительность приёмника с таким смесителем может достигать 0,3 мкВ. Динамический диапазон приёмника — около 100 дБ. Мощность сигнала гетеродина при этом невелика, смеситель начинает работать при напряжении сигнала гетеродина 0,3 В.

Рис. 1. Схема смесителя диапазона 80 метров на одном транзисторе

Сигналы диапазона 80 метров выделяет двухконтурный фильтр L1C2L2C3. Так как межэлектродные ёмкости транзистора малы, оказалось возможным его непосредственное подключение ко второму контуру. Сток и исток можно поменять местами, без заметного ухудшения качества приёма.

В этом смесителе можно применить любой из перечисленных выше полевых транзисторов. Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе К10х6х4 из феррита 400НМ втрое сложенным проводом ПЭЛ 0,2, число витков — от 12 до 18. Катушки L1 и L2 намотаны виток к витку проводом ПЭЛ 0,2 на общем каркасе диаметром 5 мм и содержат по 42 витка. Расстояние между катушками — 4 мм, каждую подстраивают «своим» подстроечником.

Применив в смесителе простые фазовращатели на RC-элементах [1] и хороший ЗЧ-фильтр, можно сделать SSB-приёмник прямого преобразования с подавлением ненужной боковой полосы. Схема такого смесителя показана на рис. 2. И хотя подавление ненужной боковой полосы не столь велико, как в приёмнике трансивера прямого преобразования «Пилигрим» [2], здесь сохранено основное достоинство таких приёмников — простота и малое число элементов. ВЧ-фазовращатель собран на элементах R1 и C1, а НЧ-фазовращатель — на элементах R2, R3, C4, C5 и Т3. Их совместная работа обеспечивает подавление ненужной боковой полосы от 10 до 40 дБ.

Рис. 2. Схема смесителя с фазовращателем на RC-элементах и ЗЧ-фильтром

Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе К10х6х4 из феррита 400НМ вдвое сложенным проводом ПЭЛ 0,2, число витков — 20. Конструкция трансформатора Т2 аналогична конструкции трансформатора Т1 в предыдущем смесителе. В качестве трансформатора Т3 использован выходной трансформатор (первичная обмотка) от УЗЧ карманного приёмника. Его можно намотать на магнитопроводе К16х8х4 из феррита 2000НН. Обмотка содержит 500 витков вдвое сложенного провода ПЭЛ 0,1. Так как избирательность приёмника прямого преобразования зависит в основном от качества фильтра ЗЧ, не стоит на нём экономить.

Собрав предложенные смесители, вы будете приятно удивлены громкостью и качеством приёма. Диодные смесители здесь просто «отдыхают». За месяц наблюдений на диапазоне 80 метров на приёмники прямого преобразования с описанными выше смесителями и без УВЧ, с антенной «наклонный луч» длиной 20 м были приняты радиолюбительские радиостанции всех районов, за исключением 7-го и 0-го.

Предложенные смесители обратимы и могут быть использованы для формирования сигнала на передачу, необходимо лишь подобрать уровни сигналов ЗЧ и ВЧ.

Литература

1. Поляков В. Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. -М.: Патриот, 1990.

2. ПИЛИГРИМ трансивер прямого преобразования. — URL: http://www.cqham.ru/ forum/showthread.php?4635 (14.03.18).

Автор: Александр Федотов (RV6AT, ex UA6AHX), г. Темрюк Краснодарского края

Полевой двухзатворный транзистор

Если в качестве диэлектрика используется окись кремния, то транзисторы называются МОП-транзисторами. Существуют две разновидности транзисторов с изолированным затвором: полевые транзисторы с встроенным и индуцированным каналом. В обоих этих типах используются поверхностные каналы. Этот режимработы называется режимом обогащения. Число НЗ в канале уменьшится, уменьшится также I с.

Поиск данных по Вашему запросу:

Полевой двухзатворный транзистор

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Смеситель на двухзатворном транзисторе

Please turn JavaScript on and reload the page.

Простые супергетеродинные приемники на двухзатворных полевых транзисторах. Часть 1

Радио-как хобби

Двухзатворные КНИ МОП-транзисторы

Смеситель на двухзатворном транзисторе

Полевой транзистор

двухзатворный полевой транзистор

Двухзатворные полевые транзисторы в смесителе приёмника прямого преобразования

Программные продукты и системы

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР — как это работает

Смеситель на двухзатворном транзисторе

Смесители на ДПТ получаются исключительно простые и эффективные, типовая схема включения показана на рис. Максимальный динамический диапазон по интермодуляции — порядка 70дБ, по блокированию — более 90дБ получается при близком к нулю напряжении смещения на затворах.

Высокое входное сопротивление по обоим входам также существенно упрощает сопряжение с преселектором и ГПД. Это и побудило меня разработать на одной и той же основе несколько вариантов КВ приемников, чтобы показать насколько простыми могут быть схемные решения при использовании ДПТ.

Это самый простой базовый однодиапазонный вариант супергетеродинного приемника. Его принципиальная схема представлена на рис. Способ подключения каждой антенны подбирают экспериментально по максимальной громкости и качеству приема.

На второй его затвор поступает через конденсатор С7 напряжение гетеродина величиной порядка 1…3 Вэфф. Сигнал промежуточной частоты кГц , являющийся разностью частот гетеродина и сигнала, величиной порядка 25…35 мкВ выделяется в цепи стока смесителя контуром, образованным индуктивностью обмотки ЭМФ Z1 и конденсаторами С12С Первый гетеродин приемника выполнен по схеме емкостной трехточки вариант Клаппа на транзисторе VT2.

Контур гетеродина составлен из катушки индуктивности L3 и конденсатора С8,С9,С Частоту гетеродина можно перестраивать с некоторым запасом по краям в диапазоне кГц конденсатором переменной емкости КПЕ 0С1.

Резисторы R2,R5 и R7 определяют и жестко задают за счет глубокой ООС режим работы транзистора по постоянному току, чем и обеспечивается высокая стабильность частоты.

Резистор R6 улучшает спектральную чистоту форму сигнала. Цепочки R10C14С16 и R12C17 защищают общую цепь питания обоих гетеродинов и развязывают их друг от друга. Основную селекцию сигналов в приемнике выполняет ЭМФ Z1 с полосой пропускания 2,75 кГц со средней полосой пропускания. В зависимости от типа примененного ЭМФ селективность по соседнему каналу при расстройке на 3 кГц выше или ниже полосы пропускания достигает 60…70дБ. С его выходной обмотки, настроенной конденсаторами С19, С22 в резонанс на промежуточную частоту, сигнал поступает на детектор, который выполнен по схеме, аналогичной первому смесителю, на полевом транзисторе VT4.

Его высокое входное сопротивление позволило получить минимально возможное затухание сигнала в ЭМФ основной селекции порядка дБ , поэтому на первом затворе величина сигнала составляет не менее 8…10 мкВ. Второй гетеродин приемника выполнен на транзисторе VT3 почти по такой же схеме, что и первый, только вместо индуктивности применен керамический резонатор ZQ1.

В этой схеме генерация колебаний возможна только при индуктивном сопротивлении цепи резонатора, то есть частота колебаний находится между частотами последовательного и параллельного резонансов. Это удобно, но заметно удорожает приемник.

Благодаря этому свойству, для нашего приемника подходит практически любой ЭМФ со средней частотой около кГц и полосой пропускания 2,1…3,1 кГц[2]. Буквенный индекс указывает, какую боковую полосу относительно несущей выделяет данный фильтр — верхнюю В или нижнюю Н , или же частота кГц приходится на середину С полосы пропускания фильтра. В нашем приемнике это не имеет значения, поскольку при налаживании частоту второго гетеродина устанавливают на Гц ниже полосы пропускания фильтра, и в любом случае будет выделяться верхняя боковая полоса.

Требуемую частоту второго гетеродина для конкретного ЭМФ с полосой пропускания П кГц можно определить по простейшим формулам. Коэффициент преобразования усиления детектора примерно 4. В режиме покоя или при работе на высокоомные головные телефоны приемник довольно экономичен — потребляет порядка 12 мА. Чертеж платы со стороны печатных проводников приведен на рис. Скачать чертёж печатной платы в формате lay. Для некоторых из этих транзисторов может потребоваться подбор истоковых резисторов до получения тока стока 1…2 мА.

Постоянные резисторы — любого типа мощностью рассеивания 0, или 0,25 Вт. Детали, устанавливаемые навесным монтажом на шасси см. Потенциометры 0R1 — сдвоенный, может иметь сопротивление ,3кОм, 0R2 — Ом.

Конденсатор настройки 0С1 — желательно малогабаритный с воздушным диэлектриком с максимальной емкостью не менее пФ. При отсутствии такого конденсатора можно использовать малогабаритный КПЕ транзисторного радиовещательного приемника. Конечно, конденсатор настройки полезно было бы оснастить простейшим верньером с замедлением … Остальные керамические блокировочные и электролитические — любого типа импортные малогабаритные.

Вообще, в качестве каркаса самодельных катушек любые доступные радиолюбителю, разумеется с соответствующей корректировкой печатных проводников:. Как уже отмечалось выше, в ПДФ в качестве катушек индуктивности применены стандартные импортные малогабаритные дроссели типа ЕС24 и аналогичные. И наоборот, если возникнут трудности с намоткой самодельных катушек, в качестве L3 также можно применить готовый импортный дроссель 8,2мкГ. Наш коллега Г. Правильно смонтированный приемник с исправными деталями начинает работать, как правило, при первом же включении.

Тем не менее, полезно провести все операции по наладке приемника в последовательности, изложенной ниже. Все регуляторы надо поставить в положение максимального сигнала, а сердечники катушек в L7, L8 в среднее положение. Далее, переключив мультиметр в режим измерения постоянного напряжения, измеряем напряжения на всех выводах микросхем DА1, DA2 — они должны соответствовать приведенным в таблице 1.

При исправном УНЧ прикосновение руки к выводу 3 DA2 должно вызывать появление в динамике громкого, рычащего звука. Прикосновение руки к общей точке соединения С27R19R20 должно привести к появлению такого же по тембру звука, но заметно меньшей громкости — это включилась в работу АРУ.

При этом VT4 выполняет функцию развязывающего буферного усилителя сигнала второго гетеродина, что практически полностью устраняет влияние частотомера на точность установки частоты. Это удобно не только на этапе налаживания, но в дальнейшем, в процессе эксплуатации, позволит проводить оперативный контроль, а при необходимости и подстройку, частот гетеродинов без полной разборки приемника. Возвращаем на место перемычку джемпер J2 и аналогично, подключив частотомер вместо технологической перемычки джампера J1 проводим проверку, а при необходимости и укладку подстройкой индуктивности L3 , диапазона перестройки ГПД, который должен быть не уже кГц.

Если диапазон перестройки ГПД окажется излишне широк, что вполне вероятно при использовании КПЕ с большей максимальной емкостью, последовательно с ним можно включить дополнительный растягивающий конденсатор, требуемую емкость которого надо будет подобрать самостоятельно.

Для настройки в резонанс входной и выходной обмоток возбуждения ЭМФ подают через конденсатор емкостью 20… пФ с ГСС на первый затвор транзистора VT1 немодулированный сигнал частотой, соответствующую середине полосы пропускания ЭМФ в авторском варианте — кГц и подбором величины конденсаторов С12, С22 грубо и точной подстройкой триммерами С15, С19 по максимуму выходного сигнала.

Для нормальной работы приемника на диапазоне 80м желательно подключить наружную антенну длиной не менеем. Хорошие результаты дает использование в качестве заземления металлических труб водоснабжения, отопления или арматуры балконного ограждения в панельных железобетонных зданиях.

Обсуждение статьи, вопросы и комментарии можно сделать на форуме. Луганск, Украина. Многие коллеги уже изготовили однодиапазонный вариант, некоторые из низ даже выложили своеобразные видеоотчеты о работе приемника на youtube :.

Продолжение во второй части …. Приемник наблюдателя с ЭМФ на 80м. VT2 2. VT2 5,5 5 4,43 Эм. VT3 2,1 6 8,90 Проведем простейшую проверку общей работоспособности основных узлов. Обсуждение статьи, вопросы и комментарии можно сделать на форуме Литература. Основные параметры дисковых ЭМФ на частоту кгц. Беленецкий С. Приставка для измерения индуктивности в практике радиолюбителя. Простые супергетеродинные приемники на двухзатворных полевых транзисторах.

Please turn JavaScript on and reload the page.

Отправить комментарий. Двухзатворный полевой транзистор n-типа BF Транзистор защищен по затворам защитными диодами. Низкая входная емкость. Низкая емкость обратной связи. Комментариев нет:.

жутся в канале, непосредственно контак-. Универсальный набор двухзатворных полевых транзисторов с p-n переходом. О. Дворников, В. Чеõовской.

Простые супергетеродинные приемники на двухзатворных полевых транзисторах. Часть 1

Оставить комментарий. Обнаружен блокировщик рекламы. Сайт Паяльник существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Как это сделать? Главная Справочники. Призовой фонд на октябрь г. Тестер компонентов LCR-T4.

Радио-как хобби

Вычислительная техника»: Двухзатворные полевые транзисторы — одна из самых многообещающих архитектур для реализации рубежей, заявленных в новом направлении [1—4]. Двухзатворная архитектура обладает уникальными возможностями для масштабирования микросхем в наноразмерной области [2—6]. Она более гибкая, потому что по сравнению с традиционными планарными полевыми транзисторами больше параметров, таких как толщина рабочей области, толщина окиси фронтального и обратного затвора, легирование подложки, девиация затворных напряжений, могут быть использованы для оптимизации их физических характеристик. Она позволяет существенно уменьшить проявление таких короткоканальных эффектов ККЭ , как roll-off порогового напряжения, DIBL-эффект и рост крутизны подпороговой характеристики.

Схемы включения с общим истоком ОИ полевого транзистора с управляющим переходом и МДП-транзистора с индуцированным каналом показаны на рис.

Двухзатворные КНИ МОП-транзисторы

Область, из которой носители заряда уходят в канал, называется истоком , область, в которую они входят из канала, называется стоком , электрод, на который подается управляющее напряжение, называется затвором. Впервые идея регулировки потока основных носителей электрическим полем в транзисторе с изолированным затвором была предложена Лилиенфельдом в — годах. Однако трудности в реализации этой идеи на практике позволили создать первый работающий прибор только в году. В году Джеймс Маккаллахем из Bell Labs установил, что использование полевых транзисторов может существенно увеличить производительность существующих вычислительных систем. К основным параметрам полевых транзисторов причисляют: входное сопротивление, внутреннее сопротивление транзистора, также называемое выходным, крутизну стокозатворной характеристики, напряжение отсечки и некоторые другие.

Смеситель на двухзатворном транзисторе

Русский: English:. Бесплатный архив статей статей в Архиве. Справочник бесплатно. Параметры радиодеталей бесплатно. Даташиты бесплатно.

Схема смесителя передающей части радиостанции, в которой смеситель ВЧ выполнен на двухзатворном полевом транзисторе. Смеситель выполнен.

Полевой транзистор

Полевой двухзатворный транзистор

Отправить комментарий. Полевой двухзатворный транзистор 3SK Комментариев нет:.

двухзатворный полевой транзистор

Технический портал радиолюбителей России. Фотогалерея Обзоры Правила Расширенный поиск. Уважаемые посетители! RU существует исключительно за счет показа рекламы. Мы будем благодарны, если Вы не будете блокировать рекламу на нашем Форуме. Просим внести cqham.

Приемник прямого преобразования на КП по схеме с совмещенным гетеродином.

Двухзатворные полевые транзисторы в смесителе приёмника прямого преобразования

Входе проведения экспериментов со смесителями на полевых транзисторах КП большинство из них вышли из строя по причине их высокой чувствительности к статическому электричеству. Особенность этих транзисторов — наличие в цепях затворов встроенных защитных диодов, поэтому они устойчивы к статическому электричеству. Схема смесителя диапазона 80 метров на одном транзисторе показана на рис. Здесь гетеродин работает на частоте, вдвое меньшей принимаемой. Это позволило существенно ослабить излучение сигнала гетеродина до 80 дБ и практически избавиться от фона переменного тока, обусловленного таким излучением. Без УВЧ чувствительность приёмника с таким смесителем может достигать 0,3 мкВ. Динамический диапазон приёмника — около дБ.

Программные продукты и системы

MOSFET с двумя затворами » Electronics Notes

МОП-транзисторы с двумя затворами

представляют собой разновидность МОП-транзисторов с двумя затворами — их можно использовать для обеспечения дополнительной изоляции между стоком и затвором, а также в качестве смесителей для радиочастотных приложений.

Полевые транзисторы, полевые транзисторы Включает:
Основные сведения о полевых транзисторах Технические характеристики полевого транзистора JFET МОП-транзистор МОП-транзистор с двойным затвором Мощный МОП-транзистор MESFET / GaAs полевой транзистор ХЕМТ И ФЕМТ Технология FinFET БТИЗ Карбид кремния, SiC MOSFET GaN FET / HEMT

Полевой МОП-транзистор с двойным затвором — полезная форма МОП-транзистора, которая может обеспечить некоторые явные преимущества, особенно в радиочастотных приложениях.

МОП-транзистор с двойным затвором можно рассматривать в том же свете, что и вакуумную трубку-тетрод или термоэмиссионный клапан. Введение второго управляющего электрода значительно снизило уровень емкости обратной связи между входной и выходной цепями устройства. Таким образом можно сделать гораздо более стабильные усилители.

Кроме того, дополнительный затвор позволяет использовать полевой МОП-транзистор с двойным затвором в схемах ВЧ-смесителя или ВЧ-умножителя.

Символ схемы с двойным затвором MOSFET

Символ схемы MOSFET с двумя затворами расширяет базовый MOSFET с одним затвором и добавляет второй затвор на вход.

Можно описать режим расширения и истощения, а также устройства с N- и P-каналами, хотя устройства с P-каналами, как правило, редко используются для радиочастотных приложений, поскольку подвижность дырок намного меньше, чем подвижность электронов.

Основные символы схемы MOSFET с двойным затвором показаны ниже:

Символы схемы MOSFET

МОП-транзистор с двойным затвором можно использовать в ряде приложений, включая ВЧ-смесители/умножители, ВЧ-усилители, усилители с регулировкой усиления и т.п.

Структура МОП-транзистора с двойным затвором

МОП-транзистор с двойным затвором имеет конструкцию, которую можно назвать тетродом, в которой две сетки контролируют ток в канале.

Разные ворота управляют разными участками канала, которые находятся последовательно друг с другом.

Структура МОП-транзистора с двойным затвором

Применение МОП-транзистора с двойным затвором

МОП-транзисторы с двойным затвором

используются во многих приложениях. Их атрибуты и характеристики означают, что они могут обеспечить определенные преимущества для некоторых форм цепей.

ВЧ-усилитель: МОП-транзисторы с двойным затвором могут работать с улучшенными характеристиками в качестве усилителей по сравнению с полевыми транзисторами с одним затвором. Двойной затвор MOSFET позволяет построить каскодный двухкаскадный усилитель с использованием одного устройства.
Каскадный усилитель помогает преодолеть эффект Миллера, когда между входным и выходным каскадами присутствует емкость. Хотя эффект Миллера может относиться к любому импедансу между входом и выходом, обычно наиболее важным является емкость. Эта емкость может привести к увеличению уровня воспринимаемой входной емкости, а в усилителях высокой частоты (например, ОВЧ и УВЧ) это также может привести к нестабильности.
Этот эффект преодолевается путем использования каскадного усилителя на одном полевом транзисторе с двойным затвором. В этой конфигурации смещение затвора со стороны стока при постоянном потенциале снижает потери усиления, вызванные эффектом Миллера. Эффекты емкостной связи между входом и выходом практически исключены. Базовая схема усилителя с двойным затвором MOSFET В этой схеме нижняя или входная секция полевого транзистора находится в конфигурации с автосмещением и общим истоком. Верхняя или выходная секция FET сконфигурирована в конфигурации с делителем напряжения и общим затвором.
По сути, каскадный усилитель представляет собой двухкаскадный усилитель, состоящий из усилителя на крутизне, за которым следует токовый буфер. Это обеспечивает высокий уровень изоляции входа-выхода, высокий входной импеданс, высокий выходной импеданс, более высокий коэффициент усиления или более широкую полосу пропускания по сравнению с однокаскадным усилителем.
Каскодный усилитель, использующий полевой МОП-транзистор с двойным затвором, обычно используется во входных каскадах радиоприемников. В этих приложениях полевой МОП-транзистор с двумя затворами работает как усилитель с общим истоком, при этом первичный затвор, то есть затвор 1, G1, подключен к входу, а второй затвор, G2, заземлен на ВЧ через конденсатор.
ВЧ-смеситель/умножитель: МОП-транзистор с двойным затвором может служить основой для ВЧ-смесителя. Работа полевого МОП-транзистора с двумя затворами позволяет использовать входы как гетеродина, так и ВЧ-сигнала. Как показано на схеме ниже, РЧ-сигнал обычно подается на затвор 1, а гетеродин — на затвор 2.
Базовая схема смесителя с двумя затворами на МОП-транзисторах Работа этой схемы с двойным затвором MOSFET относительно проста для понимания. ВЧ-сигнал появляется на стробе 1 и управляет током канала обычным образом. Однако сигнал гетеродина гораздо более высокого уровня подается на затвор 2 и накладывает его влияние на ток в канале.
Регулятор уровня/усиления: Выходной сигнал МОП-транзистора с двойным затвором пропорционален входному сигналу обоих затворов. Например, при постоянном уровне на затворе 1 изменение напряжения на затворе 2 изменит выходной уровень. Соответственно, полевой МОП-транзистор с двойным затвором можно использовать для обеспечения линейного управления усилением.

Полевой МОП-транзистор с двойным затвором является полезным компонентом, который при необходимости можно включать в схемы. Хотя полевые транзисторы с одним затвором на сегодняшний день являются наиболее широко используемыми, характеристики полевых МОП-транзисторов с двумя затворами могут обеспечить некоторые очень полезные улучшения производительности в некоторых приложениях.

Другие электронные компоненты:
Батарейки конденсаторы Соединители Диоды полевой транзистор Индукторы Типы памяти Фототранзистор Кристаллы кварца Реле Резисторы ВЧ-разъемы Переключатели Технология поверхностного монтажа Тиристор Трансформеры Транзистор Клапаны/трубки
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Производительность двухзатворных графеновых наноленточных полевых транзисторов с барьером Шоттки и физическим масштабированием

На этой странице

РезюмеВведениеРезультаты и обсуждениеЗаключениеДоступность данныхКонфликты интересовБлагодарностиСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

Закон Мура приближается к своему пределу из-за различных проблем, особенно ограничения размера транзисторов. Международная дорожная карта для устройств и систем (IRDS), преемница Международной дорожной карты технологий для полупроводников (ITRS), включает 2D-материалы в качестве альтернативного подхода к наноэлектронным приложениям More-than-Moore. Среди 2D-материалов графеновые наноленты (GNR) широко используются в качестве альтернативных материалов каналов полевых транзисторов (FET). В этой статье влияние физического масштабирования на производительность устройства полевых транзисторов GNR с двойным затвором и барьером Шоттки (DG-SB-GNRFET) исследуется с помощью инструмента моделирования NanoTCAD ViDES, основанного на гамильтониане сильной связи и самосогласованных решениях Трехмерные уравнения Пуассона и Шредингера с открытыми граничными условиями в формализме неравновесной функции Грина. Извлекаемые параметры производительности устройства включают в себя подпороговый размах и отношение тока включения/выключения. Результаты показывают, что характеристики DG-SB-GNRFET сильно зависят от их физических параметров, особенно от ширины GNR.

1. Введение

За последние несколько десятилетий непрерывное масштабирование транзисторов, описываемое законом Мура, привело к удивительным инновациям, особенно в полупроводниковой промышленности. Согласно закону Мура, количество транзисторов в интегральной схеме будет удваиваться каждые 2 года [1]. Однако ожидается, что масштабирование кремниевой (Si) комплементарной технологии металл-оксид-полупроводник (КМОП) столкнется с фундаментальным пределом, когда она войдет в режим масштабирования менее 10 нм [2, 3]. Чтобы использовать эти недостатки, были разработаны различные инновации, включающие полевые транзисторы (ПТ), такие как туннельные ПТ (TFET) [4], полевые транзисторы с нанопроводами (NWFET) [5], многомостовые полевые транзисторы (MBCFET) [6] и два -мерные (2D) полевые транзисторы активно разрабатываются и изучаются. Интересно, что полевые транзисторы на основе двумерных материалов были перечислены в качестве потенциальных кандидатов для дальнейшей миниатюризации транзисторов в Международной дорожной карте для устройств и систем (IRDS) [7]. Среди потенциальных 2D-кандидатов графен вызывает большой интерес у исследователей с момента его введения Новоселовым и др. [8].

Графен обладает уникальными электронными и механическими свойствами, но его бесщелевые свойства препятствуют его применению в полевых транзисторах для коммутационных приложений (для которых обычно требуется ширина запрещенной зоны от 0,1 до 3,0 эВ [9]). Тем не менее, ширина запрещенной зоны графена может быть сконструирована путем простого ограничения его ширины, создания бокового ограничения в пределах его конечной ширины и создания графеновых нанолент (GNR) [10, 11]. Теоретические работы показывают, что ГНР Armchair (AGNR) имеют значения энергетической щели, обратно пропорциональные их ширине. Эти ширины можно разделить на три семейства: группа 3p (с полупроводниковыми свойствами), группа 3p + 1 (с полупроводниковыми свойствами) и группа 3p + 2 (с металлическими свойствами) [12]. Ширина запрещенной зоны материалов каналов полевых транзисторов имеет решающее значение при разработке наноэлектронных устройств [13].

Графен представляет собой двумерный монослой атомов углерода, построенный в виде двумерной сотовой решетки. Как потенциальный кандидат на КМОП-технологию «больше, чем Мур», графен предлагает несколько преимуществ, таких как высокая подвижность для переноса электронов, высокая скорость переноса для быстрого переключения, тонкое монослойное тело для оптимального масштабирования и отличная теплопроводность [14]. Настройка ширины запрещенной зоны бесщелевого графена может быть достигнута путем адаптации его к GNR, что позволяет использовать его в качестве цифровых переключающих устройств, а именно GNRFET [15, 16]. Необходимо выполнить тщательный выбор физических параметров GNRFET, поскольку характеристики устройств GNRFET сильно зависят от их ширины. Предыдущие исследования показали, что тщательно разработанные GNRFET могут иметь сравнимые вольт-амперные характеристики (ВАХ) с полевыми транзисторами на основе кремния [17]. В дополнение к запрещенной зоне материалов канала, металлические контакты в полевых транзисторах также важны. При соединении металлическими контактами в местах пересечения материала канала ЗНС и металлов контакта образуется барьер Шоттки (ШБ) [18]. Следовательно, изучения только свойств переноса электронов в каналах полевых транзисторов на основе GNR недостаточно, чтобы предсказать общую производительность полевых транзисторов на основе GNR.

В данной работе моделирование двухзатворных SB-GNRFET (DG-SB-GNRFET) выполнено с использованием инструмента моделирования NanoTCAD ViDES [15, 16, 19]. На рис. 1 показана схематическая структура полевого транзистора SB-GNR-FET, использованного в данной работе. Впоследствии также исследуется влияние физического масштабирования на производительность устройств DG-SB-GNRFET. Остальные разделы этой статьи организованы следующим образом: Раздел 2 показывает теоретические уравнения, используемые в инструменте моделирования NanoTCAD ViDES [15, 16]. В разделе 3 собраны результаты и обсуждения этой работы. Заключение этого исследования сделано в Разделе 4.

2. Процедуры моделирования

Производительность GNRFET может быть оценена с использованием различных транспортных моделей несущей, таких как упрощенная полуклассическая транспортная модель или квантовая транспортная модель. Однако упрощенная полуклассическая транспортная модель не учитывает эффект квантового туннелирования и электростатический эффект короткого канала, что затрудняет исследование поведения GNRFET из-за физического масштабирования [20]. Квантовый подход к транспортному моделированию более эффективен и точен, чем другие методы. Инструмент моделирования NanoTCAD ViDES выполняет расчеты на основе гамильтониана сильной связи и самосогласованных решений трехмерных уравнений Пуассона и Шредингера с открытыми граничными условиями в формализме неравновесных функций Грина [15, 16]. Формализм неравновесной функции Грина (NEGF) обеспечивает атомистическое описание материала канала, давая относительно точные результаты при исследовании характеристик GNRFET в режиме длины канала менее 10 нм [21]. Функция Грина [15, 16] может быть выражена следующим образом: где – энергия, единичная матрица, H — гамильтониан ГНР, а и — собственные энергии истока и стока. В этом инструменте моделирования предполагается, что транспорт полностью баллистический, а тип графеновой наноленты — «кресло». Эта модель предполагает, что химический потенциал резервуаров находится в равновесии с уровнем энергии Ферми канала ГНР. Учитывая, что полностью ограниченных состояний нет, уравнения концентрации электронов и дырок [15, 16] выражаются следующим образом: где – координата атомов углерода, – фактор заполнения Ферми–Дирака, и – вероятность состояний инжектируется истоком и стоком соответственно. и – уровни энергии Ферми в истоке и стоке соответственно. После этого моделируют выходной ток ДГ-СБ-ГНРПТ [15, 16] по следующей формуле: где – коэффициент прохождения, – заряд электрона, – постоянная Планка. Кроме того, ширины АГНР с димерами атомов углерода рассчитываются по следующей формуле: где – длина углерод-углеродной связи. Чтобы лучше проиллюстрировать модель в этой работе, на рисунке 2 показана трехмерная структура SB-GNR-FET.

3. Результаты и обсуждение

В этой работе DG-SB-GNRFET моделируются с масштабированием физических параметров, включая длину канала (), толщину оксида затвора () и ширину ГНС (). Для всех симуляций в этой работе температура и диэлектрическая проницаемость фиксируются на (температура окружающей среды) и соответственно. В таблице 1 показаны значения, используемые при моделировании DG-SB-GNRFET, тогда как физические параметры показаны на рисунке 1.

Для моделирования 1 длина канала () DG-SB-GNRFET управляется при фиксации физические параметры. Для моделирования 2 и моделирования 3 управляемыми переменными являются ширина каналов GNR () и толщина оксида затвора () соответственно. Все результаты моделирования анализируются путем извлечения отношения между токами включения и выключения () и подпорогового размаха (SS) из ВАХ, как показано в [22]. Отношение является одним из важных параметров характеристик этого устройства, которое связано с эффектом короткого канала и током утечки, тогда как SS является важной мерой производительности при переключении в устройствах на полевых транзисторах. На рис. 3 показаны ВАХ транзисторов DG-SB-GNRFET шириной () в масштабе длины канала при низком () и высоком () напряжениях стока. На основании полученных ВАХ отчетливо видно, что при в целом выше, чем при .

На рисунке 3 ВАХ не показывают существенной разницы для различной длины канала. Теоретически уменьшение длины канала транзистора приведет к эффекту короткого канала на транзисторе и, следовательно, к утечке тока. Однако отношение и SS не показывают существенных изменений, когда длина канала SB-GNR-FET уменьшается от до , где можно наблюдать лишь небольшие различия в десятичных знаках. Это условие соблюдается из-за предположения о баллистическом транспорте [23], используемого в инструменте моделирования NanoTCAD ViDES. В таблице 2 приведены результаты производительности полевых транзисторов SB-GNR в зависимости от масштабирования длины канала. Сводка показателей устройства ясно показывает, что характеристики SB-GNR-FET сильно ухудшаются при высоком напряжении смещения стока. Это наблюдение также наблюдалось в предыдущем исследовании SB-GNR-FET [15]. Поэтому последующие расчеты проводятся при низком напряжении на стоке, т.е.

На рис. 4 показаны ВАХ полевых транзисторов SB-GNR с масштабированием ширины GNR. Судя по ВАХ на рис. 4, SB-GNR-FET с более высоким током покоя по сравнению с SB-GNR-FET с . Это показывает, что масштабирование ширины GNR значительно влияет на отношение из-за измененных значений ширины запрещенной зоны. Другими словами, увеличение ширины ГНЛ уменьшает ширину запрещенной зоны и, следовательно, увеличивает тенденцию к межзонному туннелированию и меньшей высоте барьера Шоттки. Более того, СС SB-GNR-FET также значительно ухудшается при увеличении ширины до и , в то время как SB-GNR-FET с имеет значение SS , близкое к пределу идеальной комнатной температуры (SS = ). В таблице 3 показаны суммарные показатели устройства SB-GNR-FET с масштабированием ширины GNR.

На рис. 5 показаны ВАХ полевых транзисторов SB-GNR с тремя толщинами оксида затвора при 1, 2 и 3 нм. В таблице 4 приведены сводные показатели устройств SB-GNR-FET с масштабированием толщины оксида затвора. На основе масштабирования толщины оксида затвора на рисунке 5 показано, что толщина оксида SB-GNR-FET оказывает минимальное влияние на их ВАХ. Хотя SS и отношение немного ухудшились из-за более толстого оксида затвора, характеристики SB-GNR-FET все еще достойные. Это наблюдение, скорее всего, связано с превосходным электростатическим контролем затвора, обеспечиваемым структурой DG [24]. Таким образом, результаты этой работы подразумевают, что ширина каналов GNR является наиболее важным физическим параметром, влияющим на характеристики устройства SB-GNR-FET. В будущем это исследование может быть расширено за счет включения других методов проектирования запрещенной зоны, таких как легирование и дефекты [25].

4. Заключение

В заключение, характеристики SB-GNR-FET с физическим масштабированием изучены с использованием инструмента NanoTCAD ViDES. Рабочие характеристики этих устройств исследуются путем сравнения показателей устройства, включая отношение тока включения и выключения и подпороговое колебание. Результаты также показывают, что структура DG может обеспечить превосходное управление затвором для полевых транзисторов на основе GNR. Кроме того, среди трех параметров физического масштабирования, исследованных в этой работе, ширина каналов GNR определена как наиболее важный конструктивный параметр, сильно влияющий на характеристики устройства SB-GNR-FET. Ток включения-выключения уменьшается, а подпороговый размах увеличивается, когда ширина SB-GNR-FET увеличивается, что приводит к ухудшению характеристик устройства. Таким образом, физические параметры SB-GNR-FET должны быть тщательно разработаны для достижения оптимальных характеристик для приложений наноэлектроники.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана и профинансирована Министерством высшего образования в рамках Схемы грантов на фундаментальные исследования (FRGS/1/2021/STG07/UTM/02/3). Авторы выражают признательность Центру управления исследованиями (RMC), Школе последипломного образования (SPS) и Факультету электротехники (FKE) Технологического университета Малайзии (UTM) за отличную поддержку и стимулирующую исследовательскую среду.

Ссылки

К. Э. Лейзерсон, Н. К. Томпсон, Дж. С. Эмер и др., «На вершине достаточно места: что будет влиять на производительность компьютера после закона Мура?» Наука , том. 368, идентификатор статьи eaam9744, 6495 страниц, 2020 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
М. М. Уолдроп, «Закон Мура не работает», Nature , vol. 530, нет. 7589, стр. 144–147, 2016.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
М. В. Чуан, К. Л. Вонг, А. Хамза и др., «Обзор моделей нанотранзисторов с верхним барьером для полупроводниковых наноматериалов», Superlattices and Microstructures , vol. 140, ID статьи 106429, 2020.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
М. Эльгамаль, «Влияние профиля легирования и изменения работы выхода на производительность TFET с двойным затвором», International Journal of Integrated Engineering , том. 11, нет. 7, стр. 40–46, 2019 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Х. К. Чин, К. С. Лим и М. Л. П. Тан, «Эффекты рассеяния фононов в модели тока стока полевых транзисторов из углеродных нанотрубок и кремниевых нанопроволок», Science of Advanced Materials , vol. 8, нет. 5, стр. 1028–1035, 2016.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
С. Юнг и С. Ким, «Улучшение характеристик утечки в многомостовом полевом транзисторе (MBCFET) за счет добавления слоя изолятора сердечника», в Proceedings of the 2019 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices , pp. 1–4, Udine, Italy, September 2019.
Просмотр по адресу:
Google Scholar устройства и системы», Nano-Chips 2030 , 2020.
Просмотр:
Google Scholar
Новоселов К.С., Гейм А.К., Морозов С.В. и др. Эффект электрического поля в атомарно тонких углеродных пленках Наука , том. 306, нет. 5696, стр. 666–669, 2004.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
М. Чуан, К. Л. Вонг, А. Хамза и С. Рули, «Двумерное моделирование равномерно легированного силицена алюминием и его электронные свойства», Успехи в наноисследованиях , том. 9, нет. 2, стр. 105–112, 2020.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Ю. -В. Сон, М.Л. Коэн, С.Г. Луи, «Энергетические щели в графеновых нанолентах», Physical Review Letters , vol. 97, нет. 21, ID статьи 216803, 2006 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
К. Л. Вонг, М. В. Чуан, А. Хамза и др., «Электронные свойства графеновых нанолент с шероховатостью края линии, легированных азотом и бором», Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures , vol. . 117, ID статьи 113841, 2020.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Академия Google
E. Goh, HC Chin, KL Wong, ISB Indra и MLP Tan, «Моделирование и моделирование электронных свойств в графеновых нанолентах различной ширины и длины с использованием гамильтониана сильной связи», Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics , об. 13, нет. 2, стр. 289–300, 2018.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
С. К. Рави, В. С. Удаягири, Л. Суреш и С. К. Тан, «Новая роль подхода зонной структуры в биогибридной фотоэлектрической энергетике: путь за пределы биоэлектрохимии», Передовые функциональные материалы , vol. 28, нет. 24, ID статьи 1705305, 2018.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Гейм А.К., Новоселов К.С. Восстание графена // Nature Materials . 6, нет. 3, стр. 183–191, 2007 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Г. Фиори и Г. Яннакконе, «Моделирование полевых транзисторов на основе графеновых нанолент», IEEE Electron Device Letters , том. 28, нет. 8, стр. 760–762, 2007 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Ю. Юн, Г. Фиори, С. Хонг, Г. Яннакконе и Дж. Го, «Сравнение производительности графеновых наноленточных полевых транзисторов с контактами Шоттки и легированными резервуарами», IEEE Transactions on Electron Devices , об. 55, нет. 9, стр. 2314–2323, 2008.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
М. Голипур, Ю.-Ю. Чен, А. Сангай, Н. Масуми и Д. Чен, «Аналитическая SPICE-совместимая модель GNRFET с барьером Шоттки с анализом производительности», IEEE Transactions on Very Large Scale Integration Systems , vol. 24, нет. 2, стр. 650–663, 2016 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Д. Хименес, «Модель вольт-амперного напряжения для транзисторов на основе графена с барьером Шоттки», Nanotechnology , vol. 19, нет. 34, ID статьи 345204, 2008 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. Фиори и Дж. Яннакконе, «NanoTCAD ViDES — 3D-решатель Пуассона/NEGF для моделирования графеновых нанолент, углеродных нанотрубок и кремниевых нанопроводных транзисторов», NanoTCAD ViDES, 2016, https://nanohub.org /ресурсы/5116?rev=61.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Ю. Юн и Дж. Го, «Эффект шероховатости краев в графеновых наноленточных транзисторах», Applied Physics Letters , vol. 91, нет. 7, ID статьи 073103, 2007 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
К. Л. Вонг, М. В. Чуан, А. Хамза и др., «Показатели эффективности переноса тока в нетронутых графеновых наноленточных полевых транзисторах с использованием рекурсивного подхода неравновесной функции Грина», Сверхрешетки и микроструктуры , vol. 145, ID статьи 106624, 2020.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
М. В. Чуан, К. Л. Вонг, А. Хамза и М. С. Русли, «Моделирование устройства и анализ производительности двумерного баллистического нанотранзистора AlSi3», Достижения в области наноисследований , том. 10, нет. 1, стр. 91–99, 2021.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
К. Натори, «Баллистический полевой транзистор металл-оксид-полупроводник», Журнал прикладной физики , том. 76, нет. 8, стр. 4879–4890, 1994.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Т. Танака, Х. Хори, С. Андо и С. Хиджия, «Анализ p/sup+/poly Si двухзатворных тонкопленочных КНИ МОП-транзисторов», в Proceedings of the International Electron Devices Meeting 1991 [Technical Digest] , стр. 683–686, Вашингтон, округ Колумбия, США, декабрь 1991 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Академия Google
К.