3.4. Ключи на полевых транзисторах

В цифровых интегральных схемах в качестве ключевых элементов чаще всего используются МДП – транзисторы с индуцированным каналом.

Простейшая схема ключа на n-канальном МДП-транзисторе с индуцированным каналом представлена на рис. 3. 14а. При подаче на вход ключа высокого уровня напряжения ( — пороговое напряжение, при котором открывается транзистор) транзистор открывается и напряжение на выходе ключа определяется положением рабочей точки В на нагрузочной прямой (рис. 3.14б). Для нормальной работы транзистора в ключевом режиме остаточное напряжение должно быть минимальным . В этом случае ток через нагрузку не зависит от параметров транзистора: . (3.11)

Остаточное напряжение на открытом транзисторе зависит от сопротивления и входного напряжения . При увеличении и напряжение уменьшается.

Однако с увеличением ухудшается быстродействие ключа, которое в основном зависит от времени заряда суммарной эквивалентной выходной емкости через резистор при запирании транзистора.

При запирании транзистора низким уровнем напряжения выходное напряжение возрастает от до максимального значения (рис. 3.14б) по экспоненциальному закону с постоянной времени . Тогда длительность положительного фронта импульса .

Если учесть выражение (3.11), то

. (3.12)

Отпирание ключа и формирование спада напряжения на выходе протекает несколько сложнее. После подачи открывающего сигнала ток транзистора скачком увеличивается до величины

, (3.13)

где b — удельная крутизна.

Этим током начинает разряжаться емкость . По мере разряда емкости напряжение на стоке уменьшается. До тех пор, пока оно остается больше транзистор работает на пологом участке выходной характеристики и ток стока сохраняет значение .Если пренебречь током через нагрузочный резистор (справедливо при ) и считать ток разряда постоянным, то .

Нужно было бы учесть и нелинейный характер зависимости тока при напряжении на стоке меньшем . Поэтому длительность фронта

, (3.14)

где определяется выражением (3.13).

Из выражений (3.12) и (3.14) и рис. 3.14 видно, что при . Увеличение сопротивления приводит не только к ухудшению быстродействия ключа. Высокоомный резистор трудно реализовать в интегральном исполнении и он, как правило, занимает больше места на подложке, чем МДП-транзистор. Поэтому при разработке ключевых ИМС на МДП-транзисторах применяют схемы ключей, в которых вместо резистора в качестве нагрузки используют МДП — транзисторы.

Схема ключа с динамической нагрузкой, выполненного на однотипных транзисторах МДП-типа с индуцированным каналом, показана на рис. 3.15 . Роль динамической нагрузки выполняет транзистор T2, у которого затвор соединен со стоком и который, тем самым является двухполюсником — резистором.

Вольтамперную характеристику (ВАХ) транзистора T2 можно получить из следующих соображений. Поскольку при соединении затвора со стоком получается то, очевидно, справедливо неравенство . Это неравенство означает, что транзистор T2 работает на пологом участке выходной характеристики, для которого справедлива формула . Подставляя в нее , запишем ВАХ транзистора T2, в виде

. (3.15)

Как видим, эта ВАХ – параболическая, т.е. нелинейная.

В запертом состоянии ключа, когда на затвор активного транзистора T1 подано напряжение , остаточный ток транзистора T2 близок к 0, а максимальное выходное напряжение (см. точку А на рис. 3.15б).

В открытом состоянии ключа, когда на затвор активного транзистора T1 подано напряжение рабочая точка В находится на крутом участке выходной характеристики активного транзистора T1. Остаточное напряжение на выходе мало. Тогда ток насыщения ключа можно определить из формулы (3.15), если принять ,

.

Сопротивление канала открытого транзистора T1 на крутом участке . Учитывая это, можно остаточное напряжение найти в виде:

.

Поскольку на практике выполняется условие , нетрудно сделать важный вывод: для обеспечения малого остаточного напряжения должно выполняться условие , т.е. транзисторы должны быть существенно различными. Однако при практически достижимом отношении может быть в пределах .

Ключ с динамической нагрузкой (рис. 3.15) имеет низкое быстродействие, т.к. определяется зарядом емкости через нелинейное сопротивление транзистора T2 переменному току, которое при работе на пологом участке характеристики достигает сотен кОм. Формирование происходит почти также как и в схеме (рис. 3.14).

Широкое распространение получили ключи на комплементарных МДП-транзисторах с индуцированным каналом (рис. 3.16). Транзистор T1 имеет канал n-типа, а транзистор T2 — p-типа. Входной сигнал поступает на объединенные затворы, а выходной снимается с объединенных стоков. Подложки обоих транзисторов соединены с истоками, что исключает отпирание p-n- переходов, изолирующих каналы транзисторов от их подложек. На рис. 3.17а приведена передаточная характеристика ключа . С помощью рис. 3.17б можно пояснить графический метод ее построения. На нем сплошными линиями изображены ВАХ n-канального транзистора T1, а штриховыми – p-канального транзистора T2 при одинаковых значениях входного напряжения.

Пусть в исходном состоянии напряжение на входе ключа , тогда , а . Значит, транзистор T1 заперт, а транзистор T2 открыт (считаем, что для обоих транзисторов). Ток в общей цепи определяется запертым транзистором T1 и составляет величину . (Обычно ). Открытый транзистор T2 работает в области крутых участков ВАХ (область 1 на рис. 3.15), где сопротивление канала описывается выражением . Напряжение на открытом транзисторе T2, полагая , равно

.

Если принять , то . Значит выходное напряжение .

Пусть теперь управляющее напряжение на входе ключа равно . Тогда , а и транзистор T1 открыт, а транзистор T2 заперт (см. область 2 на рис. 3.17). При этом ток через транзисторы остается на уровне . Напряжение на выходе ключа

.

При управляющем напряжении на входе ключа, изменяющемся в диапазоне , открыты оба транзистора, и выходное напряжение изменяется скачкообразно в пределах области 2 на рис. 3.17. Тогда через транзисторы будет протекать общий ток , который называют сквозным. Зависимость сквозного тока от входного напряжения изображена на рис. 3.17а штриховой линией.

Оптимальная форма передаточной характеристики достигается при одинаковых параметрах транзисторов T1 и T2 . Тогда напряжение, при котором происходит переключение, . Помехоустойчивость максимальна и близка к . К тому же, передаточная характеристика практически не зависит от температуры и, следовательно, высокая помехоустойчивость сохраняется в широком интервале температур.

Таким образом, важнейшей особенностью ключей на комплементарных транзисторах является то, что они практически не потребляют мощности от источника питания в обоих статических состояниях, и имеют малые остаточные напряжения на открытых транзисторах, высокую помехоустойчивость.

Важным параметром КМДП — ключа является потребляемая мощность, которая складывается из статической и динамической. Статическая мощность равна . Поскольку ток очень мал, то и статическая мощность, потребляемая ключом ничтожна. Динамическая мощность определяется двумя составляющими. Первая обусловлена сквозными импульсами тока через транзисторы при переключении. При этом в цепи питания протекают импульсы тока, которые могут достигать заметных величин, особенно при повышенных напряжениях питания. Поскольку в дискретных устройствах крутизна фронтов импульсов велика, рассеивание мощности на транзисторах происходит в течение очень короткого промежутка времени и среднее значение этой составляющей обычно мало. Вторая составляющая динамической мощности связана с периодическим перезарядом паразитных емкостей (внутренних, монтажа и нагрузки). Эта составляющая в основном и определяет мощность, потребляемую КМДП — ключом при работе на высоких частотах. Как известно, энергия заряда (разряда) конденсатора равна и не зависит от сопротивления, по которому протекает ток. В КМДП — ключе через источник питания протекает только ток заряда емкости. Следовательно, динамическая мощность, расходуемая на заряд паразитных емкостей, равна , где — частота переключения.

В КМДП — ключе переходные процессы характеризуются тем, что заряд и разряд емкости происходит примерно в одинаковых условиях. Это объясняется симметрией схемы по отношению к управляющим сигналам. Заряд емкости происходит через открытый транзистор T2 при запертом транзисторе T1, а разряд – через транзистор T1 при запертом T2. В обоих случаях транзистор, открывшийся после переключения, сначала работает в режиме насыщения со сравнительно большим током , а затем по мере заряда или разряда емкости , напряжение на стоке падает ниже и ток начинает уменьшаться. Следовательно, механизм обоих процессов (заряда или разряда) тот же, что был рассмотрен при анализе разряда в ключе с резисторной нагрузкой (рис. 3.14). Если считать параметры транзисторов T1 и T2 одинаковыми, то длительности фронтов определяются выражением, аналогичным (3.14) :

(3.17)

Из выражения (3.17) видно, что быстродействие КМДП — ключа увеличивается с ростом напряжения питания. Быстродействие комплементарного ключа почти на порядок выше, чем у ранее рассмотренных схем.

Описанные достоинства, а также отработанность технологии изготовления явились причиной широкого использования КМДП — ключей (на таких ключах базируются широко распространенные серии КМДП — логики, как 561, 564, 1561, 1564 и др.).

Интересен двунаправленный ключ, или как его еще называют, двунаправленный переключатель, представляющий собой специфический узел из КМДП — транзисторов и не имеющий функциональных аналогов среди микросхем других типов логики.

Двунаправленный ключ подобен электромагнитному реле, управление которым осуществляется практически без затрат мощности. Наряду с КМДП — ключами (инверторами) двунаправленные ключи находят применение во многих функциональных устройствах не только цифровой, но и аналоговой техники.

Двунаправленный ключ (рис. 3.18) состоит из двух КМДП — транзисторов (транзистор T1 с каналом n-типа, транзистор T2 с каналом p-типа), соединенных параллельно. К выводу X подключены исток T1 и сток T2, а к выводу Y сток T1 и исток T2. Управление осуществляется двумя взаимно инверсными сигналами и , которые поступают на затворы транзисторов T1 и T2. Питающее напряжение подается на выводы подложек: на подложку транзистора T2 и на подложку транзистора T1.

Оба транзистора открыты (ключ замкнут), когда на затвор T1 подан высокий потенциал , а на затвор T2 — низкий потенциал , снимаемый с ключа (инвертора), выполненного на транзисторах T3 и T4. Проводящие каналы транзисторов T1 и T2 имеют небольшое сопротивление и обладают двухсторонней проводимостью между выводами X и Y (см. эквивалентную схему на рис. 3.18б). Двухсторонняя проводимость обеспечивается благодаря тому, что МДП-транзисторы сохраняют работоспособность, когда стоки и истоки меняют местами. Параллельное включение транзисторов уменьшает их общее сопротивление и обеспечивает его незначительное отклонение при изменении напряжения на входе X (или Y) в пределах от до .

Когда управляющие напряжения на затворах транзисторов T1 и T2 меняют свои значения на обратные, оба транзистора закрываются, и сопротивление между выводами X и Y в это время превосходит .

Частота управляющего сигнала V может достигать нескольких МГц, а пропускаемый через ключ ток — в зависимости от напряжения питания. Частотная характеристика канала проводимости равномерна до десятков МГц.

Двунаправленный ключ используют для коммутации как цифровых, так и аналоговых сигналов. Более подробную информацию о двунаправленных ключах можно найти в [4].

Проходной ключ на MOSFET транзисторах

Добавлено 1 марта 2020 в 09:36

Сохранить или поделиться

В данном техническом обзоре представлена простая схема на MOSFET транзисторах, которую можно использовать как управляемый напряжением проходной ключ.

Вспомогательная информация

Обычно мы встречаем MOSFET транзисторы с истоками и стоками, подключенными (либо напрямую, либо через, например, резистор или активную нагрузку) к положительной и отрицательной шинам питания, причем затвор действует как входной вывод. Это верно как для аналоговых схем, таких как усилитель с общим истоком, так и для цифровых схем, таких как вездесущий КМОП инвертор. Однако хорошо бы помнить, что использование MOSFET транзисторов не ограничивается подобными схемами.

Канал, созданный достаточно высоким напряжением затвор-исток, позволяет току протекать между выводами истока и стока, и в этом смысле MOSFET транзистор является ключом, управляемым напряжением. Таким образом, не существует закона, который мешает нам использовать исток и сток в качестве входного и выходного выводов и при этом подавать управляющее напряжение на затвор.

Один NMOS (или PMOS) транзистор может использоваться как управляемый напряжением ключ. «Схема» (на самом деле просто один транзистор) выглядит следующим образом:

Рисунок 1 – Ключ, управляемый напряжением

Обратите внимание, что я удалил стрелку, которая обычно идентифицирует исток. Это связано с тем, что вывод истока фактически изменяется в зависимости от того, выше ли V₁, чем V₂, или V₂ выше, чем V₁. Кроме того, использование V₁ и V₂ вместо V_вх и V_вых предназначено для подчеркивания того, что этот единственный NMOS транзистор действительно может проводить ток в обоих направлениях.

Как вы, вероятно, ожидали, эта схема далека от идеального ключа. Одной из проблем является напряжение истока: на ток через MOSFET транзистор влияет напряжение истока, а напряжение истока зависит от того, какой сигнал проходит через ключ. Действительно, если затвор управляется драйвером, напряжение которого не может превышать V_DD, транзистор может передавать сигналы с напряжением только до значения V_DD минус пороговое напряжение. Это ограничение порогового напряжения усугубляется влиянием корпуса, которое проявляется, когда потенциалы на выводах истока и корпуса полевого транзистора не одинаковы.

Когда вы поанализируете и поразмышляете над этим ключом, вы увидите определенную асимметрию. Например, если мы используем этот ключ для проходной транзисторной логики, NMOS транзистор (MOSFET транзистор с каналом N-типа) сможет эффективно передавать сигнал низкого логического уровня, но не сможет передать полный сигнал высокого логического уровня. Можно ли изменить схему таким образом, чтобы устранить эту асимметрию? Если у вас хорошее «CMOS-мышление», ваша интуиция может подсказать вам, что мы могли бы достичь лучшей итоговой производительности за счет добавления PMOS транзистора (MOSFET транзистора с каналом P-типа), чтобы компенсировать недостатки NMOS транзистора. В этом случае ваша интуиция верна.

Рисунок 2 – Ключ, управляемый напряжением, использующий один MOSFET транзистор с каналом N-типа и один MOSFET транзистор с каналом P-типа

Здесь у нас PMOS транзистор стоит параллельно NMOS транзистору; для идентификации PMOS транзистора я использовал круг «инверсии». Обратите внимание, что сигнал управления, подаваемый на PMOS транзистор, является инверсией сигнала управления, подаваемого на NMOS транзистор; это напоминает CMOS инвертор, где высокое логическое напряжение включает NMOS транзистор, а низкое логическое напряжение включает PMOS транзистор.

Этот проходной CMOS ключ является синергетической системой – NMOS транзистор обеспечивает хорошую производительность ключа в условиях, благоприятных для него самого, но не для PMOS транзистора, и PMOS транзистор обеспечивает хорошую производительность ключа в условиях, благоприятных для него самого, но не для NMOS транзистора. Результатом является простой, но эффективный двунаправленный управляемый напряжением ключ, который подходит как для аналоговых, так и для цифровых приложений.

Оригинал статьи:

Теги

MOSFET / МОП транзисторКлючКлюч на MOSFET транзистореПроходная транзисторная логика / Pass transistor logicПроходной ключТранзисторный ключ

Сохранить или поделиться

Ключи на полевых транзисторах — Студопедия.Нет

 

 

Широкое применение нашли ключи на МДП-транзисторах с индуцированным каналом (рис. 7.6).

В открытом состоянии ключа напряжение на транзисторе мало, а ток . Этот же ток можно записать в виде , где S и — крутизна и напряжение отсечки полевого транзистора.

Открытое состояние ключа поддерживается при выполнении условия

.

Для запертого состояния ключа при котором ток стока равен нулю необходимо подать на затвор транзистор напряжение .

Недостатки ключей на полевых транзисторах:

1.Большее сопротивление ключа в открытом состоянии, чем на биполярных транзисторах.

2.Необходимо подавать значительный управляющий сигнал.

3.Уступают ключам на биполярных транзисторах по быстродействию.

 

 

Усилители импульсных сигналов

 

 

Одно из применений транзисторный ключ нашел в усилителях импульсных сигналов, примеры схемной реализации которых показаны на рис. 7.7.

Транзисторный ключ выполнен на транзисторе VT2, а транзистор VT1 выполняет вспомогательную роль управления транзистором VT2. В схеме рис. 7.7, а используется дополнительный источник смещения Е_см для создания режима отсечки транзистора VT2.

Нагрузка транзисторных ключей Z_Н может быть как чисто активной, так и активно-индуктивной (например, обмотка возбуждения электродвигателя). Для того, чтобы предохранить транзистор от перенапряжения и пробоя при переходе транзистора из проводящего состояния в закрытое, нагрузка зашунтирована диодом VD1.

Схема рис. 7.7, а работает следующим образом. Если транзистор VT1 находится в состоянии отсечки, то транзистор VT2 — в состоянии насыщения, так как ток базы, протекающий от источника питания через последовательно включенные резисторы R_к1 и R_б2достаточен для насыщения транзистора.

Когда транзистор VT1 переходит в состояние насыщения вступает в действие дополнительный источник смещения Е_см и по цепи + Е_см, открытый транзистор VT1, резисторы R_б2, R_см, — Е_см создает на резисторе R_б2 отрицательное напряжение, запирающее транзистор VT2.

Расчет схемы рис. 7.7, а состоит в следующем. По заданным значениям Е_к и R_н (активной составляющей Z_Н) находят максимальный ток коллектора открытого транзистора без учета остаточного напряжения на транзисторе

I_к.нас = Е_к/R_н.

По известным напряжению и току выбирают транзистор VT2. Затем определяют сумму сопротивлений резисторов R_к1+ R_б2 из условия насыщения транзистора VT2

(R_к1+ R_б2) = Е_к/I_к.нас.

Соотношение между R_к1 и R_б2 обычно выбирают как 0,8 к 0,2. Определив R_к1, выбирают транзистор VT1 и рассчитывают цепь насыщения транзистора (резистор R_б1), исходя из величины напряжения источника входного сигнала.

После этого по заданной величине Е_см(5 – 7 В) определяют величину сопротивления резистора R_см. Критерием для выбора R_см является необходимость обеспечить на базе транзистора VT2 отрицательное напряжение порядка 2 В.

Недостатком схемы рис. 7.7, а является необходимость использования дополнительного источника смещения.

Схема, не содержащая дополнительного источника, приведена на рис. 7.7, б. Здесь запирающее напряжение на базу транзистора создается цепочкой VD2 – R_см.

Известно, что прямая ветвь вольт-амперной характеристики диода имеет нелинейный характер и уже при небольших токах прямое напряжение на диоде может составлять 0,5 – 0,7 В. Поэтому, когда транзистор VT1 переходит в насыщение, напряжение с диода VD2 через открытый транзистор VT1 поступает на базу транзистора VT2, запирая его. Если напряжения одного диода недостаточно для запирания транзистора VT2, то включают два и более диодов.

Недостатком схемы рис. 7.7, б является дополнительное падение напряжения на диоде (диодах) во время открытого состояния транзистора VT2.

Таким образом, схема рис. 7.7, а обладает повышенными потерями в закрытом состоянии ключа, а схема рис. 7.7, б – в открытом состоянии ключа.

Ключи на полевых транзисторах. Особенности работы и отличие ключей на биполярных транзисторах. Способы повышения быстродействия

Ключевые схемы на биполярных транзисторах.

Особенности работы биполярного транзистора в ключевом режиме. Факторы влияющие на быстродействие и способы повышения быстродействия .

Статический режим:

Ключевая cxема в статическом режиме описывается статической передаточной

характеристикой Uвых = f(Uвх)

Область отсечки

При входном напряжении Uвх отрицательной полярности (Uвх < 0) эмиттерный переход

смещен в обратном направлении, транзистор работает в области отсечки (разомкнутое

состояние ключа), ток в коллекторной цепи очень мал (Iкбо порядка 10 мкА), а

напряжение

Uвых = Eк — Iкбо Rк ~ Eк (1)

близко к напряжению питания Ек.

Активная область

Когда напряжение на базе станет положительным и равным напряжению отпирания

транзистора Uотп, эмиттерный переход открывается и транзистор переходит в активную

область. Выходное напряжение определяется соотношением

UВЫХ=Ек–Iк*Rк=Ек–B*Iботп*Rк, (2)

где В — коэффициент усиления базового тока, а

Iботп = (Uвх – Uотп) / Rб (3)

отпирающий базовый ток.

Область насыщения

При достаточно большом положительном напряжении Uвх, когда выполняется условие

насыщения транзистора

В*Iботп ≥ Iкн, (4)

транзистор входит в режим насыщения (режим двойной инжекции), что соответствует

замкнутому состоянию ключа. В режиме насыщения напряжение на коллекторе

транзистора мало (Uост = 0,05..0,1 В), а ток насыщения коллектора определяется

формулой

Iкн = (Eк – Uост) / Rк ≈ Eк / Rк (5)

Чтобы транзистор не выходил из режима насыщения при изменении его параметров,

неравенство (4) должно быть достаточно сильным. Для количественной оценки силы

неравенства (4) вводят параметр S — степень насыщения

S = (B*Iботп) / Iкн . (6)

Значение S = 1 соответствует границе между режимами насыщения и активным. Базовый

ток, соответствующий границе насыщения

Iбгр = Iкн / B . (7)

На границе насыщения напряжение на коллекторном переходе транзистора Uбк = 0; при S

> 1 коллекторный переход смещается в прямом направлении (Uбк > 0).

Переходный режим:

При ступенчатом изменении входного напряжения в схеме ключа происходят переходные

процессы, которые характеризуются следующими временными интервалами:

tз — задержка фронта;

tфp — время фронта,

tн — время накопления избыточного заряда;

tp — время рассасывания избыточного заряда;

tcp — время среза.

Временные диаграммы токов и напряжений в ключе при ступенчатом изменении

входного сигнала показаны ниже

Задержка фронта. Задержка фронта обусловлена зарядом входной емкости запертого

транзистора Свх до напряжения отпирания Uотп. Время задержки фронта определяется

следующим выражением

tз = Свх*Rб*ln( (E1 + E2)/(E2 – Uотп) ) , (8)

где входная емкость Свх равна сумме барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного

переходов транзистора:

Свх = Сэ + Ск(э) . (9)

Формирование фронта. На этапе формирования фронта транзистор работает в активном

режиме. В базовой цепи протекает отпирающий ток Iботп, а ток коллектора

экспоненциально нарастает

Iк(t)=B*Iботп*( 1 – exp(-t/ôв) ) , (10)

где ôв — эквивалентная постоянная времени, характеризующая скорость нарастания

коллекторного тока.

ôв = ôâ + ôк

ôâ — время жизни неосновных носителей в базе;

ôк = Ск(э)*Rк — постоянная времени коллекторной цепи транзистора, включенного по

схеме с ОЭ.

Формирование фронта заканчивается, когда ток коллектора достигает значения Iкн.

Длительность фронта выражается следующим образом:

tфр = ôв*ln( B*Iботп / (B* Iботп – Iкн) ) . (11)

Накопление избыточного заряда. В конце этапа формирования фронта транзистор

оказывается на границе области насыщения. После этого начинается процесс накопления

избыточного заряда в базовом и коллекторном слоях транзистора. Поскольку внешние то-

ки транзистора на данном этапе практически не изменяются, заряд накапливается

благодаря термогенерации носителей, следовательно, скорость накопления определяется

средним временем жизни носителей в базовом и коллекторном слоях ôср. Процесс

накопления заряда заканчивается через время tн= 3*ôср, которое называют временем

накопления, при достижении величины заряда Q = Iботп*ôср.

Рассасывание избыточного заряда. При переключении входного напряжения от значения

Е2 до значения — Е1, заряд, накопленный в базовом и коллекторном слоях, не может

измениться скачком, следовательно, не изменятся мгновенно и напряжения на

эмиттерном и коллекторном переходах. В момент переключения входного сигнала на

обоих переходах сохраняются прямые смещения, близкие к напряжению отпирания

Uотп. Ток базы изменит направление и примет значение

Iбобр = ( — E1 – Uотп) / Rб . (12)

Скачок базового тока от значения Iботп до Iбобр (обратный базовый ток) вызывает

рассасывание заряда со скоростью, определяемой постоянной времени ôср. На этапе

рассасывания заряда ток коллектора и напряжение на коллекторе не меняются. Оконча-

ние этапа рассасывания характеризуется тем, что концентрация избыточных носителей

на границе базы с коллектором падает до нуля и на коллекторном переходе

восстанавливается обратное напряжение (Uбк < 0). После этого начинают уменьшаться

коллекторные ток и напряжение. Длительность стадии рассасывания определяется

выражением:

tр = ôср*ln( (Iботп – Iбобр) / (Iбгр – Iбобр) ) . (13)

Формирование среза. По окончании этапа рассасывания начинается стадия

формирования среза (tcp), которая заканчивается запиранием транзистора. При малых

запирающих токах длительность стадии среза определяется формулой:

tcp=ôв*ln(l + Iбгр / Iбобр) .

Iбобр

При большом значении запирающего тока (Iбобр ≈ Iкн) транзистор оказывается в режиме

динамической отсечки, при котором оба перехода смещены в обратном направлении, а в

базе в течение некоторого времени сохраняется остаточный заряд. В этом случае

формирование среза выходного напряжения происходит с постоянной времени отсечки:

ôотс ≈ 0,25*tпр + Ск*Rк ,

где tпр — время пролета носителей заряда через базу. Время среза выражается

соотношением

tcp = 2,З*ôотс .

Уменьшить время переходных процессов удается путем введения в цепь управления

форсирующего конденсатора Суск (рис.4), который позволяет увеличить токи базы Iботп

и Iбобр на короткий промежуток времени, в то время как стационарные токи базы

практически не меняются.

Ключи на полевых транзисторах. Особенности работы и отличие ключей на биполярных транзисторах. Способы повышения быстродействия .

Биполярный насыщенный ключ с динамической нагрузкой. Цифровые ключи на полевых транзисторах

Лекция 8
Цифровые ключи
Весна 2016
Биполярный насыщенный
ключ с динамической
нагрузкой
Цифровые ключи на полевых
транзисторах
Схемотехника, принципы
работы, параметры и
характеристики
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
1
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Биполярный насыщенный ключ с
динамической нагрузкой
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
2
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Схема биполярного насыщенного
ключа с динамической нагрузкой
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
3
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Входная характеристика
При
0
Iвх=IК0
UЭ
При
Uвх UБЭ1
Iб (Uвх-UЭ)/ RЭ При U U
IБ (Uвх-UБЭ1-UБЭ2)/rБ2
вх1
БЭ2
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
4
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Условия переключения транзисторов
UБ2-UЭ2
UБ2=UБЭ2+UКЭн1
UЭ2=UКЭн2
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
5
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Схема с увеличенным пороговым
напряжением нагрузочного транзистора
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
Uвых=Eп-UБЭ3-UДпр
6
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Передаточная характеристика
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
7
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Схема, исключающая работу транзисторафазорасщепителя в линейной области
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
8
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Передаточная характеристика ключа без
линейного участка в интервале 0.7 – 1.4 В
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
9
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Выходная характеристика
(формирование низкого уровня выходного
напряжения)
Uвых=0
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
IБ2=(Eп-UКЭн1-UКЭн2)/Rк-UБЭ2/RЭ
10
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Ключ с повышенной нагрузочной
способностью
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
11
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Схема с резистором защиты от короткого
замыкания
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
12
Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Выходная характеристика
(формирование высокого уровня выходного
напряжения)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
13
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
КЛЮЧИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Ключ с линейной нагрузкой
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
14
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Эквивалентная схема ключа на МДПтранзисторе
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
15
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Включение
(нарастание выходного напряжения)
Iз=(Eп-Uвых)/Rс
t
0.1
Eп — U1
RcCн ln
Eп U 2
U1=U0+0.1(Eп-U0)
U2=Еп-0.1(Eп-U0)
Eп
Rc
Uвх
Сн
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
16
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Выключение (спад выходного напряжения)
t1,0=tразр=t1+t2
Iр=0.5S0(Eп-U0)2
2U 0 Cн
t1
2
S0 (Eп U 0 )
2(U 2 U1 )
Cн
t2
ln
1
S0 (U 2 U 0 )
U1
Eп
Rc
Uвых
Сн
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
17
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Переходные процессы ключа на МДПтранзисторе с индуцированным каналом
UВХ= UЗИ
UПОР
UЗИ.ВХ
0
t
UВЫХ= UСИ
UПИТ
0
t0 t1
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
t2
t3 t4 t5
t6
t
18
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
КМОП-ключ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
19
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Временные диаграммы КМОП-ключа
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
20
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Работа КМОП-ключа
Uпит
t=t0 Uвх=0
|UЗИ2|=|Uпит|>|UЗИпор2| IС2=0
UЗИ1=0
t=t0 tФ
t=t1 |UЗИ2|=|UЗИпор2| Uвых=Uпит
t1-t2 |UЗИ2|
t=t2 UЗИ1=UЗИпор1
t0-t4
t4 Uвых=UСИ1=0 IС1=0
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
21
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Передаточная характеристика КМОП-ключа
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
22
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Uпит=|U|ЗИпор1+|U|ЗИпор2
область А
область В
Весна 2016
UВЫХ,В
UВХ
● B
●C
UЗИпор2
D
0
область С
А
UПИТ/2
E
RUПИТ
UВХ,В
IПОТ
область D:
UПИТ/2
область E
UВХ>UПИТ- UЗИпор2
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
0
UПИТ UВХ,В
23
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Динамика МДП ключей
к
t вкл t t
п
к
t выкл t t
п
Cн 0.9E п U 0
t
2
S0 (E п — U 0 )
к
Cн U 0 — 0.1E п
t
2
S0 (E п — U 0 )
к
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
24
Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Динамика МДП ключей
Cн
1.9E п 2 U 0
t
ln
2S0 (E п — U 0 )
0.3E п
п
Cн
1.9E п 2 U 0
t
ln
2S0 (E п — U 0 )
0.1E п
п
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
25
Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Последовательный аналоговый ключ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
26
Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Двунаправленный ключ на КМОПтранзисторах:
а – электрическая схема
б – эквивалентная схема
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
27
Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Двунаправленный ключ на КМОПтранзисторах
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
28
Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Двунаправленный ключ на КМОПтранзисторах
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
29
Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Схема с дополнительным транзистором
управления
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
30
Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
31
Цифровые ключи
Весна 2016
Лектор должен предоставить аудитории полное
основание верить, что все его усилия были
направлены на то, чтобы дать им удовольствие и
наставления
Майкл Фарадей
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
32

23 Аналоговые ключи — СтудИзба

4.8 Аналоговые ключи

Аналоговые ключи предназначены для передачи сигналов с минимальными искажениями в открытом состоянии и отключают цепи источников сигнала от цепей потребления в закрытом состоянии. Аналоговые ключи могут коммутировать ток или напряжение. Для коммутации напряжения можно использовать либо однополюсный последовательный ключ (прерыватель), либо переключатель на два положения (нагрузка подключается к источнику напряжения или к общей точке схемы). При коммутации же тока необходим переключатель на два положения (ток источника никогда не должен прерываться, а лишь переключаться в различные ветви цепи).

Требования к характеру нагрузки должны быть различными для ключей тока и напряжения. В цепи для коммутации напряжения нагрузка должна иметь достаточно высокое сопротивление по сравнению с выходным сопротивлением источника сигнала, а для коммутации тока — наоборот. Реальные аналоговые ключи вносят погрешность при передаче сигнала (тока, напряжения) от источника в нагрузку. Основными параметрами ключа, определяющими значение погрешности, являются остаточное напряжение на замкнутом ключе U_ОСТ, сопротивление открытого ключа R_ПР.

Кроме основных параметров, аналоговые ключи характеризуются рядом дополнительных, которые позволяют определить основные режимы работы ключа и его влияние на передаваемый сигнал и сопряженную с ним схему. К таким параметрам относятся:

Ток утечки из цепи управления в сигнальную цепь в замкнутом состоянии ключа, равный разности токов через входной и выходной выводы ключа. Особое значение этот параметр имеет для ключей тока. Для ключей напряжения при значительном токе утечки важно, куда он течет: в источник сигнала или в нагрузку;

Диапазон входных сигналов — диапазон напряжений или токов, который способен переключать данный ключ. Он ограничивается схемой управления, пробивными напряжениями ключа и допустимой погрешностью передачи входных сигналов.

К параметрам разомкнутого ключа относятся токи утечки по входу и выходу разомкнутого ключа и обратные сопротивления. В паспортных данных обычно указывают максимальные значения токов утечки на входе и выходе разомкнутого ключа при нормальной и максимальной температурах.

Времена включения и выключения, которые определяют при заданном полном сопротивлении нагрузки (обычно 10 кОм с параллельно включенной емкостью 15 … 20 пФ) как задержку между моментом приложения управляющего импульса и концом фронта переключения напряжения (или тока) на нагрузке (по уровню 0,9 или 0,1).

Рекомендуемые файлы

Время установления выходного сигнала — время, за которое выходной сигнал при переключении достигает установившегося значения с допустимой погрешностью (на заданной нагрузке).

Паразитные емкости ключа, которые определяют паразитные выбросы управляющего сигнала при переключениях ключа, а также сквозное прохождение аналогового сигнала при разомкнутом ключе. Важное значение имеет также развязка (изоляция) на высокой частоте, численно равная отношению входного сигнала к выходному при разомкнутом ключе и при определенной частоте и нагрузке.

Выходные логические уровни, которые характеризуют цепи управления ключа и их совместимость с цифровыми ИС.

Кроме того, аналоговые ключи характеризуются такими параметрами, как предельно допустимые режимы, напряжения питания, потребляемая мощность, диапазон рабочих температур, размеры, тип корпуса и т. д.

Часто большое значение имеют следующие дополнительные параметры: собственный шум, ограничивающий снизу уровни переключаемых сигналов; перекрестные связи между ключами; коэффициент передачи замкнутого ключа в зависимости от частоты входного сигнала (амплитудно-частотная характеристика). Обычно указывают коэффициент передачи на низкой частоте или постоянном напряжении.

С точки зрения схемного построения аналоговые ключи различают по используемым в них полупроводниковым элементам и способам управления ими. В настоящее время наиболее распространены ключи на диодах, биполярных и полевых транзисторах, оптронах. В ряде случаев аналоговые и цифровые ключи имеют внешне схожие принципиальные схемы, однако различные их предназначения определяют различные режимы и порядок поступления входных сигналов.

Рассмотрим основные схемы аналоговых ключей, выполненных на различных элементах.

Диодные ключи. Применяются для точного переключения токов и быстрого переключения напряжений. Первое применение объясняется высокой точностью диодных токовых ключей и легкостью управления ими. Второе связано с появлением диодов с тонкой базой и диодов Шоттки, в которых слабо выражены эффекты накопления носителей и инерционность в основном определяется процессом перезаряда барьерных емкостей.

Базовые схемы аналоговых диодных ключей для переключения тока и напряжения показаны на рис. 4.8.1.

 Как видно, по конфигурации они сходны с цифровыми диодными ключами, рассмотренными в п. 5.2.

Диодный ключ тока (рис. 4.8.1-а) широко применяется в цифро-аналоговых преобразователях (ЦАП), например, микросхемы 2ПД651 и 2ПД652 содержат по 6 диодных ключей с весовыми резисторами R. При высоком уровне управляющего напряжения диод D1 закрыт и ток I=E/R от источника (Е, R) течет через открытый диод D2 в нагрузку R_Н. При низком уровне управляющего напряжения открыт диод D1, а диод D2 закрыт. Схема замещения такого ключа показана на рис. 4.8.1. —б. В качестве низкого уровня сигнала управления используется, как правило, источник отрицательного напряжения (рис. 4.8.1.- в). Задавая при постоянном стабилизированном напряжении Е путем подборки величины сопротивления резистора R требуемый ток, можно подключать его на выход или отключать с помощью управляющего напряжения U_УПР.

Статическая погрешность токовых ключей может быть очень малой, поскольку она определяется малыми токами утечки диодов (порядка 1 нА) и выходным сопротивлением источника тока R, которое можно сделать очень большим (R >>R_Н). Тогда колебания сопротивления резистора R_Н практически не скажутся на величине выходного напряжения U _ВЫХ.

Основным фактором, определяющим нестабильность тока в нагрузке R_Н при этом, является зависимость прямого напряжения на диоде D2 и обратных токов диода от изменения температуры окружающей среды. Прямое напряжение на диоде имеет отрицательный температурный коэффициент (2 … 4 мВ°С). Обратный ток диодов с увеличением температуры изменяется по экспоненциальному закону, возрастая приблизительно в два раза на каждые 10°С.

Рассмотренный диодный ключ может работать и как ключ напряжения (рис. 4.8.1. —г). В этом случае управляющее напряжение U_УПР подается через резистор R, а входной сигнал U_ВХ поступает на катод диода D1.При низком уровне управляющего напряжения диоды D1 к D2 закрыты и на выходе ключа — потенциал земли. При высоком уровне U_УПР диоды D1 и D2 открываются и U_ВХ ≈U_ВЫХ .Использование согласованных диодных пар в качестве диодов D1 и D2 позволяет уменьшить ошибку от неидеальности диодов до нескольких милливольт.

Наиболее распространенными диодными ключами напряжения являются мостовые ключи, обладающие, как правило, достаточно хорошей развязкой в разомкнутом состоянии и способные пропускать без существенных искажений широкополосные биполярные сигналы с динамическим диапазоном 40 дБ и выше. Скорость их переключения зависит от быстродействия как управляющих транзисторных каскадов, так и используемых диодов. Пример такой схемы приведен на рис. 4.8.2- а.

Входное напряжение U_вх подается в точку А соединения диодов VD1 и VD2, а выходное напряжение снимается с сопротивления нагрузки R_H. Управляющее ключом биполярное напряжение (рис. 4.8.1-в) подается на другую диагональ моста (точки В и Г). Если «_ynpi > >’0 и «у_пр2 > 0, то диоды VD5 и VD6 обратно смещены, а диоды мостовой схемы VD1-VD4 оказываются проводящими. Если при этом схема полностью симметрична, то точки А и Б имеют один и тот же потенциал, т. е входное напряжение подается на выход. При изменении полярности управляющего напряжения на противоположную диоды VD5 и VD6 открываются, а диоды VD1-VD4 закрываются и ключ размыкается.

Коэффициент передачи ключа равен RJ(R_B+ Rn + Rup). Для управления ключом необходимо выполнять соотношение | Е > > f/вхтах + и_пр, где U_np — падение напряжения на открытом диоде. Ошибка в передаче напряжения существенно зависит от идентичности диодов мостовой схемы, постоянства Е_сми R_ltдиапазона изменения тока нагрузки и температуры. Для уменьшения разброса характеристик диодов их выполняют в виде интегральной схемы. На рис. 4.8.2-б приведены упрощенная схема диодного мостового ключа, выполненного в виде ИС 265КН1. Транзисторная схема управления ключом позволяет осуществлять непосредственное соединение микросхем с ТТЛ-схемами. Отношение выходного напряжения замкнутого и разомкнутого ключей при частоте входного сигнала 15 МГц и сопротивлении нагрузки 300 Ом равно 100, что соответствует развязке между входом и выходом ключа 40 дБ. Коэффициент передачи замкнутого ключа составляет 0,8. Верхний уровень управляющего напряжения 2,5 В, нижний — 0,5 В.

Ключи на биполярных транзисторах. Применяются для переключения как напряжений, так и токов. В ключах напряжения, как правило, используется режим насыщения в инверсном включении транзистора. При этом используются как отдельные транзисторы (последовательные и параллельные), так и согласованные пары встречно включенных двухэмиттерных транзисторов, получивших название интегральных прерывателей. Ключи тока чаще всего строят на согласованных транзисторах. Ключи с одиночными транзисторами обычно имеют управление по постоянному току (рис. 4.8.3- а).

 Транзистор VT1 в этой схеме работает в инверсном режиме, а транзистор VT2 — в нормальном, причем VT1 представляет собой собственно аналоговый ключ, a VT2 — его схему управления. При м_упр = ц£_р транзистор VT2 открыт, напряжение на его коллекторе, а значит, и базе VT2близко нулю. Эмиттерный переход инверсно включенного транзистора VT2 обратно смещен (и_вх>> /7_ОСТ) и VT1 заперт. При м_упр = = упр VT2 закрывается, a VT1 открывается током базы /б. Выходное напряжение принимает значение и_вых » м_вх.

Остаточное напряжение открытого транзистора в инверсном режиме составляет 1 … 5 мВ, а сопротивление — 10,0 … 20,0 Ом. Отсюда следует, что такие аналоговые ключи можно применять для коммутации достаточно больших токов и напряжений.

Для уменьшения остаточного напряжения на замкнутом ключе применяют встречное включение двух транзисторов (рис. 4.8.3-б). При таком включении транзисторов остаточное напряжение ключа является разностью остаточных напряжений отдельных транзисторов (£/_ОСт = £/_ОСт1 — f/ocra) и может быть получено очень малым. Основная сложность применения таких ключевых элементов состоит в усложнении схемы цепи управления, которая должна быть изолирована от источника сигнала и нагрузки. Так, у интегрального прерывателя Ю1К.Т1 (рис. 4.8.3-б) U_ост: 50 мкВ. Одновременно растет прямое сопротивление ключа, достигая у прерывателя 101К.Т1 величины 100 Ом, и время переключения (0,5 мкс против 0,1 мкс у одиночных транзисторов).

Эффективная компенсация остаточного напряжения в интегральном прерывателе достигается только тогда, когда через каждый транзистор протекают приблизительно одинаковые токи. Пример схемы, обеспечивающей это условие, приведен на рис. 4.8.3-в [17]. В ней при запирании диодов VD1 и VD2, чему соответствует полярность и_уар (относительно общей шины) без скобок, переключатель на транзисторах VT1, VT2, работающих в инверсном режиме, вводится в насыщение током генераторов G1 и G2, как показано на схеме. Очевидно, что остаточные напряжения на VT1 и VT2 будут противоположных знаков и скомпенсируют друг друга.

При изменении полярности управляющих напряжений диоды VD1 и VD2 открываются, токи генераторов G1 и G2 замыкаются через диоды и источник £/_Упр на общую шину (показано штрихами). Так как а_упр больше падения напряжения на диодах и входного сигнала, то базы VT1, VT2 будут иметь отрицательный потенциал, а инверсные эмиттеры — положительный (относительно общей шины) и, следовательно, VT1, VT2 будут закрыты. Заметим, что обратные токи закрытых переходов /_ко будут протекать через нагрузку и источник сигнала в противоположные стороны, компенсируя друг друга.

Для симметрирования режимов работы транзисторных прерывателей используют также трансформаторные схемы управления, однако в интегральных прерывателях их применение ограничено из-за трудностей микроминиатюризации.

Аналоговые ключи на биполярных транзисторах используются в микросхемах серий 273 и 240.

Ключи тока на биполярных транзисторах в отличие от ключей напряжения работают в ненасыщенном режиме, поэтому их быстродействие (как и быстродействие аналогичных им переключателей тока, используемых для построения логических элементов ТЛЭС) очень велико. Время переключения составляет несколько наносекунд. Однако их применение ограничено из-за того, что ток базы (ток управления) течет в сигнальную цепь. Поэтому входной ток отличается от выходного на значение тока базы.

Ключи на полевых транзисторах. Эти ключи получили преимущественное распространение из-за отсутствия остаточного напряжения на открытом транзисторе, малых токов утечки и управления, хорошей совместимости с интегральной технологией.

Для аналоговых ключей используют полевые транзисторы с управляющим р-п переходами и МОП -транзисторы, причем более предпочтительны транзисторы с n-каналом, поскольку подвижность электронов больше подвижности дырок, что обеспечивает у них меньшие значения прямого сопротивления _Пр. Значение R_npдля полевых транзисторов лежит в пределах 5 … 200 Ом, а температурный коэффициент изменения _пр составляет 0,6 % на 1 °С.

Допустимая статическая погрешность аналоговых ключей на полевых транзисторах в большой степени влияет на их быстродействие. Это объясняется тем, что, несмотря на очень высокое входное сопротивление полевых транзисторов, часть входного сигнала через межэлектродные емкости проходит на выход. Причем с увеличением частоты его составляющая в выходном сигнале растет. Реальная длительность переходных процессов в аналоговых ключах на полевых транзисторах колеблется, как и в импульсных ключах такого же типа, от микросекунды до десятков наносекунд.

Для борьбы с выбросами емкостных токов и предотвращения прохождения входного сигнала на выход можно уменьшать крутизну фронтов управляющих импульсов. Однако это неизбежно приводит к уменьшению быстродействия. Более эффективными являются способы компенсации указанных прохождений, что достигается в параллельно-последовательных ключах, в которых один ключ всегда работает на запирание, а другой — на отпирание, и ключах на комплементарной (дополняющей) паре полевых транзисторов, один из которых имеет канал n-типа, а другой — p-типа. Поскольку прохождение управляющих сигналов на выход ключа зависит от значения этих сигналов, то ключи тока на полевых транзисторах имеют определенные преимущества перед ключами напряжения. В частности, если напряжение отсечки полевого транзистора меньше 3 В, то такими ключами можно непосредственно управлять от ТТЛ — схем. Пример последовательного ключа на полевом транзисторе с управляющим р-п переходом приведен на рис. 4.8.4-а. Этот ключ пропускает входные сигналы любой полярности. Для управления полевым транзистором VT1 используется биполярный транзистор VT2. Диод VD необходим для того, чтобы напряжение затвор-исток открытого транзистора VT1 оставалось равным нулю при любых входных сигналах. Это устраняет модуляцию _пр входным сигналом. Резистор R подключается для ускорения перезарядки паразитных емкостей при запертом диоде VD. Для этого величина сопротивления R выбирается меньше обратного сопротивления закрытого диода.

Схема управления полевым транзистором с р-п переходом, использующая КМОП-транзисторы, приведена на рис. 4.8.4-б, Положительный управляющий сигнал £/+_упр открывает /г-канальный транзистор VT1 и закрывает р-канальный транзистор VT2. Отрицательное напряжение —Е через небольшое сопротивление открытого транзистора VT1 поступает на затвор ключевого транзистора VT2 и закрывает его. При отрицательном управляющем напряжении V_p Транзистор VT1 закрыт, a VT2 открыт. При этом затвор и исток кистевого транзистора VT3 закорачиваются через малое сопротивление прс -‘С 1л^тпего канала транзистора VT2, что обеспечивает ротаое отпирание транзистора VT3 и исключает модуляцию сопротивления какала напряжением затвор-исток.

Последовательно-параллельный ключ на дополняющих транзисторах представлен на рис. 4.8.4- в. В этой схеме при срабатывании ключа сопротивление нагрузки будет либо подключено к источнику сигнала через VT1 (когда VT2 закрыт), либо зашунтировано малым сопротивлением открытого VT2 (когда VT1 закрыт). Таким образом, токи перезаряда паразитных емкостей транзисторов и всей схемы, как и в КМОП логике, будут замыкаться через малые сопротивления источника сигнала и транзисторов, что приведет к быстрому затуханию этих токов и не создаст заметных выбросов напряжения на нагрузке.

Особенностью аналоговых ключей на МОП-транзисторах является сильная зависимость прямого сопротивления _пр от входного аналогового сигнала, что приводит к модуляции проводимости канала входным сигналом и возникновению дополнительных нелинейных искажений (для изменяющихся во времени аналоговых сигналов).

Эффект изменения /?_Пр в зависимости от входного сигнала аналогичен такому же эффекту для полевых транзисторов, однако там с ним было сравнительно легко бороться, так как в открытом состоянии напряжение затвор-исток £/зи полевого транзистора должно быть равно нулю, для обеспечения чего достаточно соединить затвор с источником сигнала (см. рис. 4.8.4-а). Для поддержания в открытом состоянии МОП-транзистора с обогащением (р-канал) необходимо подавать разность потенциалов, большую его порогового напряжения ё/поп- что существенно затрудняет борьбу с указанным эффектом. Уменьшить влияние модуляции проводимости канала можно, например, используя относительно большое сопротивление нагрузки ключа.

Примеры последовательных ключей на p-канальных МОП-транзисторах приведены на рис. 4.8.5. В этих схемах в качестве управляющего элемента используется биполярный транзистор. В схеме рис. рис. 4.8.5-а при отключении питающего напряжения положительное входное напряжение замыкается на землю через открывающиеся переходы сток (исток)-подложка и внутреннее сопротивление источника Е. Схема рис. 4.8.5-б свободна от этого недостатка. В ней диод VD обеспечивает полную изоляцию входа ключа и при отключенном питании ключ полностью размыкается, препятствуя протеканию тока через внутреннее сопротивление источника Е.

Для уменьшения зависимости сопротивления открытого ключа от коммутируемого напряжения и прохождения управляющих сигналов на выход применяют ключи на комплементарных (дополняющих) КМОП-транзисторах, состоящих из параллельно включенных р— и n-канального МOП-транзисторов. На рис. 4.8.5-в показана схема, позволяющая существенно уменьшить влияние изменения входного аналогового напряжения на значение прямого сопротивления замкнутого ключа. Непосредственно ключ содержит два параллельно включенных транзистора VT1 и VT2 с индуцированными каналами различных типов проводимости (один с р-, а другой с n-каналом). Управление ключом осуществляется с помощью инвертора, выполненного на КМОП-транзисторах VT3 и VT4. При управляющем напряжении £/_уПр = —Е транзистор VT4 закрыт, a VT3 открыт и аналоговый ключ разомкнут (VT1 и VT2 закрыты). Ключ замыкается при одновременной подаче отрицательного напряжения на затвор p-канального МOП-транзистора VT1 и положительного напряжения на затвор n-канального МOП-транзистора VT2. Такое состояние ключа будет при подаче управляющего напряжения и_упр =+Е. Диапазон изменения входного напряжения для такого ключа а_вх = ± Е. При U_bx = 0 напряжение затвор-исток VT1 ushi = — Е, а напряжение затвор-исток VT2 t/зш = + Е. Транзисторы VT1 и VT2 открыты, а прямое сопротивление замкнутого ключа равно параллельному соединению сопротивлений открытых транзисторов. Когда м_вх = + Е, транзистор VT2 закрыт, так как напряжение £/₃и2 = 0, а транзистор VT1 открыт под действием напряжения £/зш = — 2£. Прямое сопротивление ключа _пр определяется сопротивлением полностью открытого транзистора VT2 и примерно равно сопротивлению ключа при U_вх = 0. Аналогично, при U_вх = —Е транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 открыт под действием напряжения £/зи2 = + 2£ и прямое сопротивление остается примерно прежним.

Таким образом, изменение входного напряжения м_вх влияет на сопротивление каналов транзисторов VT1 и VT2 противоположным образом, и в результате прямое сопротивление ключа 7?_пр меняется в небольших пределах (рис. 4.8.5-г). Рассматриваемая схема позволяет также уменьшить ошибки, связанные с прохождением перепадов управляющих напряжений через паразитные емкости на выход. Действительно, управляющее напряжение на затворах обоих ключевых транзисторов имеет противоположные знаки и прохождение фронтов его в нагрузку в значительной степени компенсируется.

Ключи на МДП-транзисгорах выпускаются в виде интегральных микросхем, например, пятиканальный переключатель 190КЛ1 или сдвоенный двухканальный переключатель типа 190КТ2. Эти ключи могут коммутировать напряжение до 25 В и имеют прямое сопротивление 300 Ом при £/зи = — 20 В (для ИС 190КТ1) и 50 Ом (для ИС 190КТ2). Ток утечки закрытого канала не превышает 50 нА. Эти ключи не имеют схем управления и поэтому их затруднительно применять в устройствах, где совместно используются низкоуровневые логические схемы (например, ТТЛ). Этот недостаток устранен в двухканальном переключателе напряжения 143КТ1, который содержит ключ на МOП-транзисгоре n-типа и схему управления, которая выполняет функции согласования уровней выходных напряжений ТТЛ-схем и входных МОП-транзисторов.

Ключи на КМОП-транзистор ах также выполняются в виде интегральных микросхем, примерами которых могут служить ИС 176KTI, 564КТЗ. Эти ИС представляют собой четырехканальные ключи, каждый из которых выполнен в виде параллельного соединения МOП-транзисторов различной проводимости, как показано на рис. 4.8.5-в.

Аналоговые ключи на оптронах. В последние годы получают все большее распространение благодаря полной электрической развязке управляющих н информационных цепей и простоте задания одинаковых режимов для обоих транзисторов, включенных в нормальном и инверсном режимах для компенсации остаточного напряжения. В этих схемах оптроны успешно заменят трансформаторные управляющие цепи.

Схема рис. 4.8.6-а содержит однотипные транзисторные оптроны, включенные по компенсационному принципу. Фототранзисторы включены встречно, поэтому остаточный потенциал равен разности потенциалов на освещенных фототранзисторах.

В другом варианте (рис. 4.8.6-б) используется встречно параллельное включение фототранзисторов, которые играют роль ключа, последовательно соединенного с нагрузкой.

Контрольные вопорсы

1. Какой элемент автоматики имеет статическую характеристику, близкую к идеальной?

2. К каким последствиям приводит отличие реальной статической характеристики от идеальной?

3. Приведите классификацию электронных ключей.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта — 16 Возрождение волновой теории света.

4. Перечислите основные требования к ЭК.

5. Какими параметрами характеризуются электронные ключи?

6. Какие параметры диода влияютна динамические свойства диодного ключа?

7. В каких устройствах применяют диодные ключи?

8. Какие логические функции реализуют на диодных ключах?

Лек.12 Ключи на ПТ — презентация на Slide-Share.ru 🎓

1

Первый слайд презентации

Изображение слайда

2

Слайд 2: Ключи на полевых транзисторах

В качестве электронного ключа можно использовать полевые транзисторы. Наиболее удобно в качестве ключа применять МДП транзистор с индуцированным n -каналом. Это удобство связано с тем, что у него питание и пороговое напряжение имеет одинаковую полярность, а потому сигнал управления работой ключа имеет одну полярность. Известны три разновидности МДП — транзисторных ключей: 1. ключи с резистивной нагрузкой 2. ключи с динамической (транзисторной) нагрузкой. 3. ключи на комплиментарные МДП-транзисторах (на МДП-транзисторах с каналами противоположного типа проводимости). Необходимо учитывать, что режим насыщения для МДП-транзистора принципиально отличается от режима насыщения биполярного транзистора. Переходные процессы в ключах на полевых транзисторах обусловлены переносом носителей через канал и перезарядом междуэлектродных емкостей, емкостей нагрузки и монтажа. Так как электроны обладают более высоким быстродействием, чем дырки, то n-канальные транзисторы обладают лучшим быстродействием по сравнению с р-канальными.

Изображение слайда

3

Слайд 3

Изображение слайда

4

Слайд 4: Ключи на полевых транзисторах

Известны три разновидности МДП-транзисторных ключей: c резистивной нагрузкой, с динамической (транзисторной) нагрузкой и комплиментарные (на транзисторах с каналами противоположного типа проводимости). Схема МДП-транзисторного ключа с резистивной нагрузкой показана на рис. Для запирания ключа на затвор подают напряжение Е з.выкл < U 0, где U 0 — пороговое напряжение; для от пирания следует подать напряжение Е з. вкл > U 0 (обычно в логических схемах Е з. выкл = U 0, Е з. вкл = Е с). Выходные вольт-амперные характеристики ключа приведены на рис. 3.7. Слева от штриховой линии U си = U зи – U 0 расположена крутая область характеристик; справа располагается пологая область.

Изображение слайда

5

Слайд 5: МДП ключи с резистивной нагрузкой

Для запирания ключа на затвор подается напряжение U 0 вх <U пор = U 0. Через транзистор протекает малый остаточный ток стокового р- n -перехода I ост – 10 -8 -10 -10 А. Точка А на ВАХ. U вых=Еп. Для включения ключа U 1 вх >U пор. Для получения малых остаточных напряжений U ост необходимо увеличивать Rc до н100кОм. При этом U вых= U ост, I с=(Еп -U ост)/ R с. Для уменьшения U ост необходимо увеличивать U + з = U 1 вх Недостатком данных ключей является наличие резисторов, которые занимают в подложке значительно больше места, чем транзистор.

Изображение слайда

6

Слайд 6

Изображение слайда

7

Слайд 7

Изображение слайда

8

Слайд 8: ключи с динамической (транзисторной) нагрузкой

Схема приведена на рис. Роль динамической нагрузки выполняет транзистор Т2. Транзистор Т1 – активный, а Т2 – нагрузка. Сопротивление транзистора Т2 зависит от напряжения на нем. При большом напряжении-Ес – велико, а с уменьшением напряжения уменьшается. Нагрузочная кривая приведена на рис. Если U вх <U 0, ключ заперт I с= I 0, а U вых≈Ес. Точка А Если U вх >U 0, ключ открыт I с= I си VT2, а U вых≈ U ост. Точка В. Чтобы U ост было мало транзисторы должны обладать разными параметрами.

Изображение слайда

9

Слайд 9: Ключ на КМДП-транзисторах

Если сигнал на входе отсутствует то транзистор VT 1 находится в режиме отсечки, транзистор VT 2 будет включен. Ic=I 0,, U вых = Еп. Если сигнал на входе имеет высокий уровень, то n -канальный транзистор VT 1 отпирается до насыщения, а p -канальный транзистор VT 2 выключается (переходит в режим отсечки). Ic=I 0,, U вых = 0В, (примерно до 10 мВ)

Изображение слайда

10

Слайд 10: Переходные процессы в МДП-транзисторах

Переходные процессы В МОП-ключах обусловлены в основном перезарядом емкостей, входящих в состав комплексной нагрузки. Для удобства анализа переходных процессов все ёмкости заменим одной С н (рис.16.5). Ти-пичное значение этой ёмкости у транзисторов с длиной канала менее 1 мкм составляет не более 1 пФ. Современная технология изготовления полевых транзисторов позволяет изготавливать практически безинерционные транзисторы, их граничная частота может быть ~ 10 15 Гц. Поэтому быстродействие схем на МДП-транзисторах в основном определяется временем заряда и разряда паразитной ёмкости. Перезаряд этих ёмкостей в ключах на МДП-транзисторах занимает достаточно большое время, тем более, если учесть, что он происходит через большое сопротивление. Ключи с динамическим сопротивлением нагрузки обладают таким же медленным быстродействием, что и с резистивной нагрузкой. Наилучшим быстродействием обладают ключи на МДП-транзисторах, в них заряд и разряд паразитной ёмкости происходит через открытый транзистор, поэтому длительность фронта и длительность среза примерно одинаковы:  СР =  ФР

Изображение слайда

11

Слайд 11: Переходные процессы в ключах на ПТ с резистивной нагрузкой. 1

Изображение слайда

12

Слайд 12: Переходные процессы в ключах на ПТ с резистивной нагрузкой

При U вх <U 0 ключ выключен. U вых=Ес. При U вх >U 0 ключ включен, происходит разрядС0 через транзистор в состоянии насыщения током Ic(0). Время разряда – время среза При U вх <U 0 ключ выключен. Происходит заряд паразитной емкости через Rc. Время заряда – время фронта:

Изображение слайда

13

Слайд 13: Переходные процессы в ключах на ПТ с динамической нагрузкой

Формирование среза происходит аналогично. Отсюда быстродействие переключения хуже чем в предыдущей схеме.

Изображение слайда

14

Слайд 14: Переходные процессы в ключах на ПТ на КМДП транзисторах

Переходные процессы В МОП-ключах обусловлены в основном переза-рядом емкостей, входящих в состав комплексной нагрузки. Для удобства анализа переходных процессов все ёмкости заменим одной С н (рис.16.5). Ти-пичное значение этой ёмкости у транзисторов с длиной канала менее 1 мкм составляет не более 1 пФ. Заряд ёмкости С н происходит через транзистор VT 2, когда он открыт (рис.16.7, в это время VT 1 закрыт), а разряд ─ через открытый VT 1 ( в это время VT 2 закрыт, рис.16.8). Длительность переходных процессов у обоих транзисторов примерно одинакова, но это при условии, если транзисторы согласованы по параметрам ─ крутизне и пороговым на-пряжениям. Процесс заряда конденсатора можно представить простейшей экспоненциальной функцией. В КМОП-инверторе заряд и разряд конденсатора С н происходит примерно в одинаковых условиях, так как схема симметрична по отношению к запирающим и отпирающим импульсам. Конечно же есть небольшая разница в этих временных интервалах, но она настолько незначительна, что можем считать t ф ≈ t с.

Изображение слайда

15

Слайд 15: 3.2. БиКМОП-логика

Недостатком КМОП-инвертора является то, что ток, отдаваемый в нагрузку МОП-транзисторами мал, а это ограничивает скорость заряда ёмкости и снижает быстродействие ключа в целом. У биполярных транзисторов способность отдавать ток в нагрузку гораздо выше, чем у МОП-транзисторов: они имеют большую передаточную про-водимость. Это преимущество биполярного транзистора и легло в основу разработки БиКМОП-логических элементов. На рис.16.9 показана схема простейшего БиКМОП-инвертора.

Изображение слайда

16

Последний слайд презентации: Лек.12 Ключи на ПТ

Изображение слайда

Разница между JFET и MOSFET

JFET (Junction Gate Field-Effect Transistor):
JFET — это полевой транзистор с тремя оконечными устройствами. Есть ряд применений этого, он может использоваться в качестве переключателя, усилителя и т. Д. Он подразделяется на две категории: N-Channel JFET и P-Channel JFET.

MOSFET (Полевой транзистор металл – оксид – полупроводник):
MOSFET — это полевой транзистор с четырьмя выводами: исток (S), затвор (G), сток (D) и клеммы корпуса (B).Обычно его подразделяют на две основные конфигурации: MOSFET в режиме истощения и MOSFET в режиме улучшения.

Давайте посмотрим на разницу между первичным ключом и внешним ключом:

S.NO.	ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ	ИНОСТРАННЫЙ КЛЮЧ
1	JFET (Junction Gate Field-Effect Transistor) представляет собой трехконтактный полупроводниковый прибор.	MOSFET (Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) представляет собой четырехконтактный полупроводниковый прибор.
2	Может работать только в режиме истощения. -12 А.
5	Это относительно дешевле, чем полевые МОП-транзисторы	Это дорого.
6	Они идеально подходят для приложений с низким уровнем шума.	Они в основном используются для приложений с высоким уровнем шума.
7	Они менее подвержены повреждениям из-за высокой входной емкости.	Они более подвержены повреждениям из-за изолятора из оксида металла.	8	Процесс изготовления JFET прост.	Процесс изготовления полевых МОП-транзисторов сложен.

Рынок полевых транзисторов (FET): глобальный анализ основных производителей, динамика и прогноз на 2027 год

Отдел новостей MarketWatch не участвовал в создании этого контента.

, 4 августа 2021 г. (Market Insight Reports) — В отчете об исследовании изучается рынок полевых транзисторов (FET) с использованием различных методологий и анализаторов, чтобы предоставить точную и всестороннюю информацию о рынке.Для более четкого понимания он разделен на несколько частей, охватывающих различные аспекты рынка. Затем каждое место разрабатывается, чтобы помочь читателю понять потенциал роста каждого региона и его вклад в мировой рынок. Аналитики данных использовали первичную и вторичную методологии для консолидации информации в отчете. Они также использовали те же данные для создания текущего бизнес-сценария.

Ведущие компании Компании на мировом рынке полевых транзисторов (FET): Infineon Technologies, STMicroelectronics, ON Semiconductor, Vishay, NXP Semiconductors, Toshiba, Alpha & Omega, Fuji Electric, NTE , Microchip, Broadcom Limited, MagnaChip, Silan, ROHM, IceMOS Technology, DACO, WUXI NCE POWER, CYG Wayon, Semipower и другие.

Получите бесплатный образец копии этого отчета:

https://www.marketinsightsreports.com/reports/08033147136/global-and-japan-field-effect-transistor-fet-market-insights-forecast-to- 2027 / запрос? Mode = A1

По типам:

Соединительный полевой транзистор (JFET)

MOSFET

По применению ( полевой транзистор (FET))

Автомобильная промышленность

PV

Другое

Объем отчета:

Это исследование рынка полевых транзисторов (FET) охватывает глобальный и региональный рынок с углубленным анализом общих перспектив роста на рынке.Кроме того, он проливает свет на всеобъемлющую конкурентную среду на мировом рынке. В отчете также предлагается обзор на панели инструментов ведущих ключевых игроков, охватывающий их успешные маркетинговые стратегии, вклад на рынок, недавние события как в историческом, так и в настоящем контексте.

Регионы далее подразделяются на:

— Северная Америка — США, Канада и Мексика
— Европа — Великобритания, Германия, Франция, Италия, Россия, Испания и остальные страны Европы
— Азиатско-Тихоокеанский регион — Китай, Индия, Япония, Южная Корея, Австралия и остальные страны Азиатско-Тихоокеанского региона
— Латинская Америка — Бразилия, Аргентина, Перу, Чили и остальные страны Латинской Америки
— Ближний Восток и Африка — Саудовская Аравия, ОАЭ, Израиль, Южная Африка

Просмотрите полный отчет для ТОС и описания:

https: // www.marketinsightsreports.com/reports/08033147136/global-and-japan-field-effect-transistor-fet-market-insights-forecast-to-2027?Mode=A1

Ключевые вопросы, ответы на которые дает глобальный полевой транзистор (FET ) Отраслевой отчет

• Каков будет размер рынка полевых транзисторов (FET)?
• Какие есть новые возможности?
• Какая доля рынка?
• Что такое целевая аудитория?
• Какие игроки являются ведущими игроками на рынке полевых транзисторов (FET)?
• Как будет развиваться конкуренция в будущем?
• Какие страны-лидеры?
• Какие задачи ждут вас в будущем?

В отчете представлена ​​подробная оценка рынка с выделением информации по различным аспектам, включая драйверы, ограничения, возможности и угрозы.Эта информация может помочь заинтересованным сторонам принять соответствующие решения перед инвестированием. Кроме того, это также позволяет вам проводить ценные исследования конкурентов, чтобы получить вдохновение для маркетинга продуктов. Когда дело доходит до удовлетворения, необходимо иметь четкое представление о том, что именно происходит на рынке. В этом отчете точно представлен общий рыночный сценарий.

Настройка отчета:

Глобальный рынок полевых транзисторов (FET), отчет можно настроить в соответствии с требованиями вашего бизнеса, поскольку мы понимаем, чего хотят наши клиенты, мы расширили 25% -ную настройку без дополнительных затрат на все наши клиентов для любого из наших синдицированных отчетов.

Помимо настройки наших отчетов, мы также предлагаем полностью адаптированные исследовательские решения для наших клиентов во всех отраслях, которые мы отслеживаем.

Наши исследования и идеи помогают нашим клиентам находить совместимых деловых партнеров.

COMTEX_390914606 / 2599 / 2021-08-04T05: 57: 39

Есть ли проблемы с этим пресс-релизом? Свяжитесь с поставщиком исходного кода Comtex по адресу editorial @ comtex.com. Вы также можете связаться со службой поддержки клиентов MarketWatch через наш Центр поддержки клиентов.

Отдел новостей MarketWatch не участвовал в создании этого контента.

Современные и ключевые проблемы в качестве устройств для тестирования на месте

[1] Лян X, Чжоу SY. Детектор нано-щелей внутри наножидкостного канала для быстрого анализа ДНК без меток в реальном времени.Nano Lett. 2008; 8 (5): 1472-1476.

[2] Platt GW, Damin F, Swann MJ, Metton I, Skorski G, Cretich M, Chiari M. Иммобилизация аллергенов и усиление сигнала квантовыми точками для использования в биосенсорном анализе IgE в сыворотке. Biosens Bioelectron. 2014; 52: 82-88.

[3] Сагадеван С., Периасами М.Последние тенденции в области нанобиосенсоров и их приложений — обзор. Rev Adv Mater Sci. 2014; 36: 62-69.

[4] Чжан А., Либер СМ. Нано-биоэлектроника. Chem Rev.2015; 116 (1): 215–257.

[5] Патольский Ф, Чжэн Г, Либер СМ. Датчики на основе нанопроволоки для медицины и наук о жизни.Наномедицина (Лондон). 2006; 1 (1): 51-65.

[6] Mu L, Chang Y, Sawtelle SD, Wipf M, Duan X, Reed M. Кремниевые нанопроволочные полевые транзисторы — универсальный класс потенциометрических нанобиосенсоров. Доступ, IEEE. 2015; 3: 287-302.

[7] Нехра А., Сингх К.П.Современные тенденции в создании биосенсоров на основе полевых транзисторов на основе наноматериалов. Biosens Bioelectron. 2015; 74: 731-743.

[8] Патольский Ф, Тимко Б.П., Чжэн Г.Ф., Либер СМ. Наноэлектронные устройства на основе нанопроволок в науках о жизни. Миссис Булл. 2007; 32 (2), 142-149.

[9] Чен К.И., Ли Б.Р., Чен Ю.Т.Биосенсоры на основе полевых транзисторов с кремниевыми нанопроводами для биомедицинской диагностики и исследования клеточной регистрации. Нано сегодня. 2011; 30; 6 (2): 131-154.

[10] Li H, Yin Z, He Q, Li H, Huang X, Lu G, Fam DW, Tok AI, Zhang Q, Zhang H. Изготовление одно- и многослойных полевых транзисторов на основе MoS2-пленки для определения NO в Комнатная температура. Небольшой. 2012; 9; 8 (1): 63-67.

[11] Zhou FS, Wei QH. Законы масштабирования для датчиков с нанофетами. Нанотехнологии. 2008; 19 (1): 015504.

[12] Ли Б.Р., Чен С.К., Кумар У.Р., Чен Ю.Т. Достижения в области нанопроволочных транзисторов для биологического анализа и клеточных исследований. Аналитик. 2014; 139 (7): 1589-1608.

[13] Хеллер И., Янссенс А.М., Мянник Дж., Минот Э.Д., Лемей С.Г., Деккер С. Определение механизма биосенсинга с помощью транзисторов из углеродных нанотрубок. Nano Lett. 2008; 8 (2): 591-595.

[14] Наир П.Р., Алам Массачусетс, Ограниченный скринингом отклик нанобиосенсоров.Nano Lett. 2008; 8 (5): 1281-1285.

[15] Стерн Э., Вагнер Р., Сигворт Ф. Дж., Брейкер Р., Фахми Т.М., Рид М.А. Важность дебаевской длины экранирования для датчиков на полевых транзисторах с нанопроволокой. Nano Lett. 2007; 7 (11): 3405-3409.

[16] Тан Х, Бансарунтип С., Накаяма Н., Енилмез Э, Чанг ИЛ, Ван К.Датчик ДНК из углеродных нанотрубок и сенсорный механизм. Nano Lett. 2006; 6 (8): 1632-1636.

[17] Саркар Д., Лю В., Се Х, Ансельмо А.С., Митраготри С., Банерджи К. Полевой транзистор MoS2 для биосенсоров нового поколения без меток. САУ Нано. 2014; 8 (4): 3992-4003.

[18] Швирц Ф.Полевые транзисторы на основе графена. В передовых полупроводниковых устройствах и микросистемах (ASDAM), Девятая международная конференция, IEEE. 2012; 131-138.

[19] Каннан Б., Бургхард М. Биосенсоры на основе углеродных нанотрубок. Anal Bioanal Chem. 2006; 385 (3): 452-468.

[20] Хольцингер М., Ле Гофф А., Козье С.Наноматериалы для биосенсорных приложений: обзор. Front Chem. 2014; 2: 63-73.

[21] Aroonyadet N, Wang X, Song Y, Chen H, Cote RJ, Thompson ME, Datar RH, Zhou C. Высокомасштабируемые, однородные и чувствительные биосенсоры на основе нисходящих нанолент оксида индия и электронных ферментов Иммуноферментный анализ. Nano Lett. 2015; 15 (3): 1943-1951.

[22] Ли Дж.Й., Чанг С.П., Чанг С.Дж., Цай Т.Ю.Чувствительность датчиков pH EGFET с нанопроволокой TiO2. ECS Solid State Lett. 2014; 3 (10): 123-126.

[23] Хуан И, Дуань Х, И Цуй CM. Liber. Нанопроволочные нанопроволоки из нитрида галлия. Nano Lett. 2002; 2: 101-104.

[24] Яно М., Койке К., Мукаи К., Онака Т., Хирофудзи Ю., Огата К.И., Омату С., Маэмото Т., Саса С.Полевые транзисторы и биосенсоры, чувствительные к ионам оксида цинка. Physica Status Solidi (а). 2014; 211 (9): 2098-2104.

[25] Линь М.С., Чу С.Дж., Цай Л.К., Линь Х.Й., Ву С.С., Ву Ю.П., Ву И.Н., Шие Д.Б., Су Ю.В., Чен С.Д. Контроль и обнаружение поляризации органосилана на полевых транзисторах с нанопроволокой. Nano Lett. 2007; 12, 7 (12): 3656-3661.

[26] Лю З., Чжан Д., Хань С., Ли Ц., Тан Т., Цзинь В., Лю Х, Лэй Б., Чжоу К.Лазерный абляционный синтез и исследования электронного транспорта нанопроволок оксида олова. Adv Mater. 2003; 15 (20): 1754-1757.

[27] Джу, Дж., Чоу Б.И., Пракаш М., Бойден Э.С., Якобсон Дж. Электростатический контроль гидротермального синтеза нанопроволок оксида цинка с селективным лицом. Nat Mater. 2011; 10 (8): 596-601.

[28] Патрик Н., Венди Ю, Стефан Б., Йорг, П.К., Фридрих С.С. Синтез полианилиновых нанопроволок на основе ДНК. Нанотехнологии. 2004; 15 (11): 1524.

[29] Патольский Ф, Чжэн Дж, Либер СМ. Производство кремниевых нанопроволок для сверхчувствительного обнаружения биологических и химических веществ в режиме реального времени без этикеток. Nat Protoc. 2006; 1 (4): 1711-1724.

[30] Алам М. А., Наир П.Пределы производительности нанобиосенсоров: элементарные соображения и интерпретация экспериментальных данных. Nanomed Nanotechnol. 2006; 2 (4): 310-311.

[31] Sheehan PE, Whitman LJ. Пределы обнаружения наноразмерных биосенсоров. Nano Lett. 2005; 5 (4): 803-807.

[32] Исикава Ф.Н., Куррели М., Чанг Х.К., Чен П.С., Чжан Р., Кот Р.Дж., Томпсон М.Э., Чжоу К.Метод калибровки нанопроволочных биосенсоров для подавления вариаций от устройства к устройству. САУ Нано. 2009; 3 (12): 3969-3976.

[33] Поль Д. Р., Робсон Л. М.. Полимерные нанотехнологии: нанокомпозиты. Полимер. 2008; 49 (15): 3187-3204.

[34] Hangarter CM, Bangar M, Mulchandani A, Myung NV.Проводящие полимерные нанопроволоки для хеморезистивных и био / химических сенсоров на основе полевых транзисторов. J Mater Chem. 2010; 20 (16): 3131-3140.

[35] Mulchandani A, Myung NV. Проводящие биосенсоры на основе полимерных нанопроводов без этикеток. Curr Opin Biotech. 2011; 22 (4): 502-508.

[36] Ли Дж, Дуань Ю, Ху Х, Чжао Ю, Ван К.Гибкие датчики Nws из полимеров, оксидов металлов и полупроводников для химического и биологического обнаружения. Датчик Actuat B Chem. 2015; 219: 65–82.

[37] Янг В., Ратинак К.Р., Рингер С.П., Тордарсон П., Гудинг Дж. Дж., Брет Ф. Углеродные наноматериалы в биосенсорах: следует ли использовать нанотрубки или графен ?. Angew Chem Int Ed. 2010; 49 (12): 2114-2138.

[38] Маковски М.С., Иванишевич А.Молекулярный анализ крови с помощью микро- / наноразмерных полевых транзисторных биосенсоров. Небольшой. 2011; 7: 1863–1875.

[39] Оно Ю., Маэхаши К., Мацумото К. Биосенсоры без меток на основе полевых транзисторов из графена, модифицированного аптамером. J am Chem Soc. 2010; 132 (51): 18012-18013.

[40] Ан Дж. Х., Чой С. Дж., Хан Дж. У., Пак Т. Дж., Ли Си., Чой Ю. К..Полевой транзистор с двойным затвором на нанопроволоке для биосенсора. Nano Lett 2010; 10 (8): 2934-2938.

[41] Козак К.Р., Су Ф., Уайтлегдж Дж. П., Фолл К., Редди С., Фариас Эйснер Р. Характеристика сывороточных биомаркеров для выявления рака яичников на ранней стадии. Протеомика. 2005; 5 (17): 4589-4596.

[42] Ойкономопулу К., Ли Л., Чжэн И, Саймон И., Вольферт Р.Л., Валик Д., Некулова М., Симичкова М., Фргала Т., Диамандис Э.П.Прогнозирование прогноза рака яичников и ответа на химиотерапию с помощью мультипараметрической панели биомаркеров на основе сыворотки. Брит Дж. Рак. 2008; 99 (7): 1103-1113.

[43] Као Л.Т., Шанкар Л., Канг Т.Г., Чжан Г., Тай Г.К., Рафей С.Р., Ли К.В. Мультиплексное обнаружение и дифференциация штаммов ДНК для гриппа A (h2N1 2009) с использованием микрофлюидной системы на основе кремния. Biosens Bioelectron.2011; 26 (5): 2006-2011.

[44] Zheng G, Patolsky F, Cui Y, Wang WU, Lieber CM. Мультиплексное электрическое обнаружение маркеров рака с помощью массивов датчиков на основе нанопроволоки. Nat Biotechnol. 2005; 23 (10): 1294-1301.

[45] Лаборда Э, Гонсалес Дж., Молина А. Последние достижения теории импульсной техники: мини-обзор.Electrochem Commun. 2014; 43: 25-30.

[46] Бунимович Ю.Л., Дж. Г., Беверли К.С., Райс Р.С., Худ Л., Хит-младший. Электрохимически запрограммированная, пространственно-избирательная биофункционализация кремниевых проводов. Ленгмюра. 2004; 20 (24): 10630-10638.

[47] Чжан Р., Куррели М., Томпсон М.Э.Селективная электрохимически активированная биофункционализация нанопроволок In2O3 с использованием стабильного на воздухе модификатора поверхности. Интерфейсы ACS Appl Mater. 2011; 3 (12): 4765-4769.

[48] Келли С.О., Миркин К.А., Уолт Д.Р., Исмагилов Р.Ф., Тонер М, Сарджент Э. Повышение скорости, чувствительности и точности биомолекулярного обнаружения с помощью многомасштабной инженерии. Nat Nanotechnol. 2014; 9 (12): 969-980.

[49] Хуан И, Лю X, Хуанг Х, Цинь Дж, Чжан Л., Чжао С., Чен Ц.Ф., Лян Х. Аттомолярное обнаружение белков с помощью каскадной амплификации смещения цепи и увеличения полистирольных наночастиц в флуоресцентных поляризационных аптасенсорах. Anal Chem. 2015; 87 (16): 8107-8114.

[50] Стерн Э., Вакич А., Раджан Н.К., Крисьоне Дж. М., Парк Дж., Илич Б. Р., Муни Д. Д., Рид М. А., Фахми ТМ.Обнаружение биомаркеров без этикеток в цельной крови. Nat Nanotechnol. 2010; 5 (2): 138-142.

[51] Chang HK, Ishikawa FN, Zhang R, Datar R, Cote RJ, Thompson ME, Zhou C. Быстрый электрический биоанализ цельной крови без этикеток на основе систем нанобиосенсоров. Acs Nano. 2011; 5 (12): 9883-9891.

[52] Ли К., Куррели М., Линь Х., Лей Б., Исикава Ф.Н., Датар Р., Кот Р.Дж., Томпсон М.Э., Чжоу К.Дополнительное обнаружение простатоспецифического антигена с использованием нанопроволок In2O3 и углеродных нанотрубок. J Am Chem Soc. 2005; 127 (36): 12484-12485.

[53] Gardner TJ, Frisbie CD, Wrighton MS. Системы ортогональной самосборки электроактивных монослоев на Au и ITO: подход к молекулярной электронике. J Am Chem Soc. 1995; 117 (26): 6927-6933.

[54] Шэн ГУ, Сяодун Ш., Бенлан ЛИ.Органическая модификация поверхности наночастиц Fe 3 O 4 силановыми связующими агентами. Редкие металлы. 2006; 25 (6): 426-430.

[55] Corso CD, Dickherber A, Hunt Wd. Исследование методов иммобилизации антител с использованием органосиланов на плоских поверхностях ZnO для применения в биосенсорах. Biosens Bioelectron. 2008; 24 (4): 805-811.

[56] Zhang QL, Du LC, Weng YX, Wang L, Chen HY, Li JQ.Распределение центров адсорбции карбоксилата на поверхности наночастиц TiO2 в зависимости от размера частиц: понимание модификации поверхности наноструктурированных электродов TiO2. J. Phys Chem B. 2004; 108 (39): 15077-15083.

[57] Curreli M, Li C, Sun Y, Lei B, Gundersen MA, Thompson ME, Zhou C. Селективная функционализация устройств с матами из нанопроволок In2O3 для приложений биодатчика.J Am Chem Soc. 2005; 127 (19): 6922-6923.

[58] Голландия ГП, Шарма Р., Агола Дж. О., Амин С., Соломон В. К., Сингх П., Баттри Д. А., Яргер Дж. Л.. ЯМР-характеристика наночастиц SnO2, блокированных фосфоновой кислотой. Chem Mater. 2007; 19 (10): 2519-2526.

[59] Герреро Г., Мутин PH, Виу А.Заякоривание фосфонатных и фосфинатных связывающих молекул на частицах диоксида титана. Chem Mater. 2001; 13 (11): 4367-4373.

[60] Мутин PH, Герреро Дж., Виу А. Гибридные материалы из фосфорорганических связывающих молекул. J Mater Chem. 2005; 15 (35-36): 3761-3768.

[61] Ким А., Ах К.С., Ю Х.Й., Ян Дж.Х., Пэк ИБ, Ан К.Г., Пак С.В., Джун М.С., Ли С.Сверхчувствительный, без этикеток, иммунодетекция в реальном времени с использованием кремниевых полевых транзисторов. Appl Phys Lett. 2007; 91 (10): 3901-3901.

[62] Ван ВУ, Чен С, Линь К.Х., Фанг И, Либер СМ. Обнаружение взаимодействий малых молекул с белками без использования меток с помощью наносенсоров на основе нанопроволоки. Proc Natl Acad Sci USA. 2005; 102 (9): 3208-3212.

[63] Стерн Э., Клемич Дж. Ф., Рутенберг Д. А., Вайрембак П. Н., Тернер-Эванс Д. Б., Гамильтон А. Д., ЛаВан Д. А., Фахми Т. М., Рид М.А.Иммунодетекция без этикеток с помощью Cmos-совместимых полупроводниковых нанопроволок. Природа. 2007; 445 (7127): 519-522.

[64] Бунимович Ю.Л., Шин Ю.С., Йео В.С., Амори М., Квонг Дж., Хит-младший. Количественные измерения в реальном времени гибридизации ДНК с нанопроводами алкилированного неокисленного кремния в растворе электролита. J Am Chem Soc. 2006; 128 (50): 16323-16331.

[65] Чжан Г.Дж., Чжан Г., Чуа Дж.Х., Чи Р.Э., Вонг Э.Х., Агарвал А., Буддхараджу К.Д., Сингх Н., Гао З., Баласубраманиан Н.Зондирование ДНК кремниевой нанопроволокой: зависимость расстояния между зарядовыми слоями. Nano Lett. 2008; 8 (4): 1066-1070.

[66] Бансал А, Ли Х, Лауэрманн И., Льюис Н.С., Йи С.И., Вайнберг У.Х. Алкилирование поверхностей Si с использованием двухэтапного способа галогенирования / Гриньяра. J Am Chem Soc. 1996; 118 (30): 7225-7226.

[67] Hurley PT, Nemanick EJ, Brunschwig BS, Lewis NS.Ковалентное присоединение функциональных групп ацетилена и метилацетилена к поверхностям Si (111): каркасы для функционализации органических поверхностей при сохранении пассивирования Si-C участков поверхности Si (111). J Am Chem Soc. 2006; 128 (31): 9990-9991.

[68] Роде Р.Д., Агнью HD, Йео В.С., Бейли Р.К., Хит-младший. Неокислительный подход к химической и электрохимической функционализации Si (111).J Am Chem Soc. 2006; 128 (29): 9518-9525.

[69] Биндер WH, Заксенхофер Р. «Щелочная химия в полимерах и материаловедении. Macromol Rapid Comm. 2007; 28 (1): 15-54.

[70] Биндер WH, Заксенхофер Р. «Химия кликов в полимерах и материаловедении: обновленная информация».Macromol Rapid Comm. 2008; 29 (12 13): 952-981.

[71] Колб Х.С., Финн М.Г., Шарплесс КБ. Щелкните по химии: разнообразные химические функции из нескольких хороших реакций. Angew Chem Int Ed. 2001; 40 (11): 2004-2021.

[72] Хейсген Р. 1,3-Диполярные циклоприсоединения.Прошлое и будущее. Angew Chem Int Ed. 1963; 2 (10), 565-598.

[73] Торне К.В., Кристенсен С., Мелдал М. Пептидотриазолы на твердой фазе: [1, 2, 3] -триазолы региоспецифическими медь (I) -катализированными 1,3-диполярными циклоприсоединениями концевых алкинов к азидам. J Org Chem. 2002; 67 (9): 3057-3064.

[74] Ростовцев В.В., Грин Л.Г., Фокин В.В., Шарплесс КБ.Поэтапный процесс huisgen циклоприсоединения: медь (I) катализирует региоселективное «лигирование» азидов и концевых алкинов. Angew Chem Int Ed. 2002; 114 (14): 2708-2711.

[75] Devaraj NK, Collman JP. Катализируемые медью азидно-алкиновые циклоприсоединения на твердых поверхностях: приложения и направления будущего. Qsar Comb Sci. 2007; 26 (11 12): 1253-1260.

[76] Гил М.В., Аревало М.Дж., Лопес О.Нажмите «Химия» — что в названии? Синтез триазола и не только. Синтез. 2007; 2007 (11): 1589-1620.

[77] Чой И.С., Чи Ю.С. Поверхностные реакции по запросу: электрохимический контроль реакций на основе SAM. Angew Chem Int Ed. 2006; 45 (30): 4894-4897.

[78] Wacker R, Schröder H, Niemeyer CM.Характеристики микрочипов антител, изготовленных путем иммобилизации под ДНК, прямого окрашивания или связывания стрептавидин-биотин: сравнительное исследование. Анальная биохимия. 2004; 330 (2): 281-287.

[79] Zhu H, Bilgin M, Bangham R, Hall D, Casamayor A, Bertone P, Lan N, Jansen R, Bidlingmaier S, Houfek T, Mitchell T. Глобальный анализ активности белков с использованием протеомных чипов.Наука. 2001; 293 (5537): 2101-2105.

[80] Ло Й.С., Нам Д.Х., Со Х.М., Чанг Х., Ким Дж.Дж., Ким Й.Х., Ли Джо. Ориентированная иммобилизация фрагментов антител на устройствах с однослойными углеродными нанотрубками, декорированными никелем. САУ Нано. 2009; 3 (11): 3649-3655.

[81] Арнольд Ф. Х.Разделение сродством к металлу: новое измерение в переработке белков. Nat Biotechnol. 1991; 9 (2): 151-156.

[82] Шмитт Дж., Хесс Х., Штунненберг Х.Г. Аффинная очистка белков, меченных гистидином. Mol Biol Rep. 1993; 18 (3): 223-230.

[84] Лю Ю.С., Рибен Н., Иверсен Л., Соренсен Б.С., Парк Дж., Нюгард Дж., Мартинес К.Л.Специфическая и обратимая иммобилизация белков, меченных гистидином, на функционализированных кремниевых нанопроводах. Нанотехнологии. 2010; 21 (24): 245105.

[83] Roullier V, Clarke S, You C, Pinaud F, Gouzer G, Schaible D, Marchi-Artzner V, Piehler J, Dahan M. Высокоаффинное мечение и отслеживание отдельных белков, меченных гистидином, в живых клетках с использованием Конъюгаты квантовых точек Ni2 + трис-нитрилотриуксусной кислоты.Nano Lett. 2009; 9 (3): 1228-1234.

[85] Сигал Г.Б., Бамдад С., Барберис А., Строминджер Дж., Уайтсайдс Г.М. Самособирающийся монослой для связывания и изучения белков, меченных гистидином, с помощью поверхностного плазмонного резонанса. Anal Chem. 1996; 68 (3): 490-497.

[86] Чжан И, Ли Д., Ю М, Ма В, Го Дж, Ван К.Магнитные композитные микросферы Fe3O4 / PVIM-Ni2 + для высокоспецифичного разделения белков, богатых гистидином. Интерфейсы ACS Appl Mater. 2014; 6 (11): 8836-8844.

[87] WONG EL. Последние тенденции в технологиях биочувствительности ДНК. Biophys Rev Lett. 2007; 2 (02): 167-189.

[88] Меркочи А.Биосенсор с использованием наноматериалов. Джон Уайли и сыновья; 2009 г.

[89] Гришабер Д., Маккензи Р., Вурос Дж., Реймхульт Э. Принципы и архитектура электрохимических биосенсоров-сенсоров. Датчики. 2008; 8 (3): 1400-1458.

[90] Xiang Y, Lu Y. Использование персональных глюкометров и функциональных датчиков ДНК для количественной оценки различных аналитических целей.Nat Chem. 2011; 3 (9): 697-703.

[91] Qu Q, Zhu Z, Wang Y, Zhong Z, Zhao J, Qiao F, Du X, Wang Z, Yang R, Huang L, Yu Y. Быстрое и количественное обнаружение Brucella с помощью технологии повышающего преобразования люминофора на основе анализа бокового потока. J Microbiol Meth. 2009; 79 (1): 121-123.

[92] https: // www.theranos.com.

[93] Холмс Э.А., Гиббонс И., изобретатели; Theranos, Inc., правопреемник. Обнаружение вируса гриппа в реальном времени. Заявка на патент США US 14/155, 150. 2014.

[94] Кристофер П., Джон ас, Хикс Дж. Тестирование на месте, второе издание.2004 г.

[95] Loo A, Holmes EA, изобретатели; Theranos, Inc., правопреемник. Устройства, системы и методы пробоподготовки. Заявка на патент США US 14/203 436. 2014 г.

[96] Гао З., Агарвал А., Тригг А.Д., Сингх Н., Фанг С., Тунг С.Х., Фан И, Буддхараджу К.Д., Конг Дж.Массивы кремниевых нанопроволок для обнаружения ДНК без меток. Anal Chem. 2007; 79 (9): 3291-3297.

[97] Макэлпайн М.С., Ахмад Х., Ван Д., Хит-младший. Высокоупорядоченные массивы нанопроволок на пластиковых подложках для сверхчувствительных гибких химических сенсоров. Nat Mater. 2007; 6 (5): 379-384.

[98] Сюй Дж., Эбботт Дж., Цинь Л., Юнг К.Й., Сон Й., Юн Х., Конг Дж., Хэм Д.Электрофоретический и полевой графен для технологии полностью электрических массивов ДНК. Nat Communs. 2014; 5.

Исследование механизма захвата заряда в полевом транзисторе MoS 2 путем включения Al в матрицу La 2 O 3 в качестве диэлектрика затвора

DOI: 10.1088 / 1361-6528 / abf2fd.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

• ¹ Ключевая лаборатория широкозонных полупроводниковых материалов и устройств для образования, Школа микроэлектроники, Сидянский университет, Сиань 710071, Китайская Народная Республика.
• ² Ключевая лаборатория государственной сети по проектированию и анализу промышленных микросхем, Beijing Smart-Chip Microelectronics Technology Co., Ltd, Китайская Народная Республика.

Элемент в буфере обмена

Кун Ян и др. Нанотехнологии. 2021 .

Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

DOI: 10.1088 / 1361-6528 / abf2fd.

Принадлежности

• ¹ Ключевая лаборатория широкозонных полупроводниковых материалов и устройств для образования, Школа микроэлектроники, Сидянский университет, Сиань 710071, Китайская Народная Республика.
• ² State Grid Ключевая лаборатория технологий проектирования и анализа энергетических промышленных микросхем, Beijing Smart-Chip Microelectronics Technology Co., Ltd, Китайская Народная Республика.

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Эффект захвата заряда играет ключевую роль в многобитовых устройствах памяти и нейронных устройствах, подобных мозгу.Здесь изготовлены полевые транзисторы MoS ₂ , включающие Al в основной элемент La ₂ O ₃ в качестве диэлектрика затвора, которые демонстрируют отличные электрические свойства с отношением включения-выключения в окне памяти ∼10 ⁶ и коэффициент окна памяти ~ 40%. Кроме того, систематически изучались процессы захвата и освобождения заряда, а постоянные времени были получены из характеристик во временной области. Используя эффект захвата заряда, пороговое напряжение устройства можно плавно регулировать.Плотность ловушки оксидного слоя и плотность ловушки состояния границы раздела извлекаются с использованием метода разделения зарядов. Эти теоретические исследования обеспечивают более глубокое понимание способов управления процессом захвата заряда, что способствует коммерциализации двумерных электронных устройств и разработке новых устройств улавливания заряда.

Ключевые слова: MoS2; постоянная времени захвата; заряд в ловушке; полевой транзистор; гистерезис; плотность ловушки.

© 2021 IOP Publishing Ltd.

Похожие статьи

• Характеристики прозрачных энергонезависимых запоминающих устройств, использующих SiO _X с высоким содержанием кремния в качестве слоя улавливания заряда и оксид индия-олова-цинка.

  Пак Дж. Х., Шин М. Х., Йи Дж. С.. Park JH и др. Наноматериалы (Базель). 2019 22 мая; 9 (5): 784.DOI: 10.3390 / nano84. Наноматериалы (Базель). 2019. PMID: 31121917 Бесплатная статья PMC.

• Настраиваемая память-ловушка на основе многослойного MoS2.

  Чжан Э, Ван В., Чжан Ц., Цзинь И, Чжу Г, Сунь Ц., Чжан Д.В., Чжоу П, Сю Ф. Zhang E, et al. САУ Нано. 2015 27 января; 9 (1): 612-9. DOI: 10,1021 / NN5059419. Epub 2014 17 декабря. САУ Нано. 2015 г. PMID: 25496773

• Органическая транзисторная память с молекулярным монослоем с двойным плавающим затвором для накопления заряда.

  Цзэн CW, Хуан, округ Колумбия, Tao YT. Ценг CW и др. Интерфейсы ACS Appl Mater. 2015 13 мая; 7 (18): 9767-75. DOI: 10.1021 / acsami.5b01625. Epub 2015 28 апреля. Интерфейсы ACS Appl Mater. 2015 г. PMID: 25875747

• Достижения в области полевых транзисторов (FET) на основе MoS ₂ .

  Тонг X, Ашалли Э, Линь Ф, Ли Х, Ван З.М. Тонг X и др.Nanomicro Lett. 2015; 7 (3): 203-218. DOI: 10.1007 / s40820-015-0034-8. Epub 2015 13 февраля. Nanomicro Lett. 2015 г. PMID: 30464966 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

• Недавний процесс гибкой транзисторной структурированной памяти.

  Ни И, Ван И, Сюй В. Ni Y и др. Небольшой. 2021 Март; 17 (9): e1

2. DOI: 10.1002 / smll.2012. Epub 2020 3 апр. Небольшой. 2021 г. PMID: 32243063 Рассмотрение.

Процитировано

1 артикул

• Маломощный ИЛИ логический сегнетоэлектрический in-situ транзистор на основе CuInP ₂ S ₆ / MoS ₂ гетеропереход Ван-дер-Ваальса.

  Ян К., Ван С., Хань Т., Лю Х. Ян К. и др. Наноматериалы (Базель).2021 31 июля; 11 (8): 1971. DOI: 10.3390 / nano11081971. Наноматериалы (Базель). 2021 г. PMID: 34443802 Бесплатная статья PMC.

LinkOut — дополнительные ресурсы

• Полнотекстовые источники

• Другие источники литературы

[Икс]

цитировать

Копировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

Моделирование транзисторов на эффекте органического поля с кодом

изображение: В OFET носители заряда движутся через органический полупроводник в «канале», расположенном на границе раздела с диэлектрическим материалом.Здесь диэлектрик представлен серой сеткой. На рисунке показано рассчитанное влияние шероховатости диэлектрической поверхности (показывает площадь 50 нм и 50 нм) на усредненное заполнение несущих. Вероятности заполнения несущих представлены синим цветом и указывают на то, что несущие по существу перемещаются в пределах «впадин» диэлектрическая поверхность (адаптировано из Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1803096). посмотреть еще

Источник: © Science China Press

Полевые транзисторы являются ключевыми компонентами датчиков, электрических цепей или устройств хранения данных.Используемые до сих пор транзисторы в основном основаны на неорганических полупроводниках, таких как кремний. Совсем недавно появились органические материалы с полупроводниковыми свойствами, которые позволили изготавливать органические полевые транзисторы (OFET). Использование органических компонентов в качестве активного слоя устройства дает многообещающие преимущества, такие как простота обработки и низкая стоимость. В дополнение к функциональным возможностям устройств, OFET также превратились в важную платформу для определения основных характеристик органических полупроводников, поскольку теперь они зарекомендовали себя как полезный инструмент для измерения подвижности носителей заряда.Таким образом, предоставление исчерпывающего описания характеристик устройства OFET становится ключевым шагом в дальнейшем развитии этих устройств и разработке более эффективных органических полупроводников. В основе этих исследований лежат модели устройств, которые обеспечивают взаимосвязь между измеренными плотностями тока и полупроводниковыми свойствами органических материалов. Излишне говорить, что эти модели устройств OFET должны быть точными и надежными.

В обзоре, опубликованном в пекинском обзоре National Science Review , ученые из Университета Аризоны в США обсуждают последние достижения в моделях устройств OFET, которые включают параметры молекулярного уровня.В частности, они подчеркивают развитие методов моделирования кинетических устройств на основе Монте-Карло и их успешное применение для моделирования OFET микрометровых размеров. Они также намечают пути, необходимые для дальнейшего улучшения этих моделей на молекулярном уровне для OFET.

«Несмотря на большие различия в механизмах переноса заряда органических и неорганических полупроводников, оказывается, что до недавнего времени преобладающие модели устройств OFET были напрямую заимствованы из моделей, первоначально разработанных для полевых транзисторов на основе неорганических материалов», — утверждают эти ученые в их обзорная статья, озаглавленная «Разработка моделей молекулярного уровня для органических полевых транзисторов».Они подчеркивают, что: «Оптимально, модели устройств OFET должны включать такие факторы, как наличие дискретных молекулярных уровней, беспорядок, анизотропия, ловушки, границы зерен, сложная морфология пленки и контактное сопротивление. Эти факторы трудно учесть, пока органическая полупроводниковая пленка рассматривается как сплошная среда. Другими словами, в модели устройств OFET необходимо включать наномасштабные детали на молекулярном уровне ».

В последние годы кинетические методы на основе Монте-Карло претерпели существенные изменения, которые теперь позволяют эффективно моделировать OFET с молекулярным разрешением.Эти новые модели открыли путь к более глубокому пониманию физики устройства OFET и предоставили возможность напрямую связать микроскопические процессы с характеристиками макроскопических устройств. Они были успешно применены для описания фундаментальных аспектов OFET, таких как фактическая толщина эффективного канала и влияние морфологии поверхности диэлектрика, а также проблемы нелинейных токовых характеристик, возникшей в последнее время.

Ученые из Университета Аризоны прогнозируют, что: «Благодаря таким непрерывным разработкам модели устройств OFET на молекулярном уровне станут все более полезной платформой для исследования устройств OFET и служат дополнительным инструментом для рутинного анализа данных».

###

Эта работа была поддержана Университетом Аризоны и Технологическим институтом Джорджии.

См. Статью:

Ли Хаоюань и Жан-Люк Бреда
Разработка моделей на молекулярном уровне для органических полевых транзисторов
Natl Sci Rev, DOI: 10.1093 / nsr / nwaa167
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa167

The National Science Review — это первый всеобъемлющий научный журнал, выпускаемый на английском языке в Китае, цель которого — связать быстро развивающееся сообщество ученых страны с мировыми рубежами науки и технологий.Журнал также стремится привлечь внимание всего мира к достижениям научных исследований в Китае.

---

---

Журнал

Национальное научное обозрение

Заявление об ограничении ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

Потенциальный рост рынка полевых транзисторов

при производстве и сравнительном анализе до 2029 г.

Пуна, Махараштра, 13 декабря 2019 г. (проводной выпуск) Prudour Pvt. Ltd: Новые тенденции и растущая популярность в индустрии полевых транзисторов с акцентом на новые технологии, региональные тенденции, конкурентный ландшафт, соотношение производства и потребления, объемы потребления и стоимость производства, страны-лидеры с региональным сравнением и прогнозом на 2020-2029 годы. В отчете «Рынок полевых транзисторов» предпринимаются современные и глубокие расчеты глобального рынка полевых транзисторов с учетом рыночной конкуренции, регионального роста, ключевых сегментов и других важных аспектов.

Рынок полевых транзисторов продемонстрировал стремительное развитие в текущем и прошлых годах и будет продолжать развиваться в ближайшие годы. Отчет использовался для предоставления передовых рыночных навыков, которые помогут лицам, принимающим решения, принимать выгодные для бизнеса решения. Подробные тематические исследования различных стран, которые активно участвуют в производстве полевых транзисторов, также представлены в исследовательском отчете. Глобальное исследование представляет собой подробный отчет о доле рынка, на которую приходится каждая компания, а также о валовой прибыли и ценовых прототипах продуктов.Другие важные аспекты, упомянутые в отчете, которые могут оказаться критическими для пользователей, включают прибыль и объем производства по каждому региону.

******* Супер скидка !! Получите максимальную скидку до 25% на наши отчеты об исследовании рынка [Один пользователь | Многопользовательская | Корпоративные пользователи] Действительно до 31 декабря 2019 г. *******

Получите бесплатный образец PDF-брошюры о рынке полевых транзисторов, который меняет бизнес-подход: https://market.us/report/field-effect-transistor- market / request-sample /

[Примечание: наш бесплатный бесплатный образец отчета содержит краткое введение в резюме, оглавление, список таблиц и рисунков, конкурентный ландшафт и географическую сегментацию, инновации и будущие разработки на основе методологии исследования.]

Для исследования рынка полевых транзисторов были рассмотрены следующие годы для оценки размера рынка:

Год истории: с 2012 по 2018 | Расчетный год: 2019 | Год прогноза: 2020–2029

Отчет о прогнозировании предоставляет информацию в соответствии с классификациями, такими как доли рынка, географические регионы, типы продуктов, технологии и приложения для конечных пользователей. В глобальной перспективе этот отчет иллюстрирует общий размер рынка полевых транзисторов путем изучения прошлых данных и будущих перспектив.Графически этот отчет ориентирован на отдельные ключевые регионы: Северная Америка, Европа, Китай и Япония.

Отчет с прогнозом рынка полевых транзисторов к 2029 году:

Market.us предоставляет сразу же предварительный и обновленный отчет о мировом рынке, который полезен для инвесторов и тех, кто хочет инвестировать в промышленность полевых транзисторов. Он также предоставляет подробный анализ и конкурентный анализ по регионам и другую основную информацию, такую ​​как производственный процесс, поставщики сырья и оборудования, различные связанные с производством затраты, исторические и футуристические затраты, данные о доходах, спросе и предложении, фактический процесс.Отчет предлагает обширную платформу, полную перспектив для конкретных организаций, ассоциаций, производителей, отраслей, фирм и поставщиков, которые постоянно работают над расширением своего бизнеса на глобальном уровне.

К ключевым факторам, способствующим росту этого рынка, относятся все более широкое распространение аналоговых переключателей, усилителей, осцилляторов с фазовым сдвигом, ограничителей тока, цифровых схем и прочего по всему миру (2020-2029 гг.). Наряду с этим, также был проведен анализ уровня проникновения и среднего дохода на одного пользователя (ARPU) на рынке.Согласно статистическим данным, рынок полевых транзисторов, вероятно, будет сообщать о значительных доходах в сочетании со значительным ростом в течение прогнозируемого периода, поскольку растущий спрос, увеличение располагаемых доходов, изобилие сырья, изменение тенденций потребления, тенденции в области полевых транзисторов и стабильная структура рынка. способствуя росту мировой индустрии.

Разместите прямой заказ на этот отчет, используя безопасную ссылку: https://market.us/purchase-report/?report_id=33292

Рынок полевых транзисторов

консолидируется с присутствием глобальных игроков:

Некоторые ключевые участниками глобального рынка являются Fairchild Semiconductor, Sensitron Semiconductor, Shindengen America Inc, ON Semiconductor, Texas Instruments, Solitron Devices Inc, Vishay Intertechnology Inc, NTE Electronics Inc, Infineon Technologies AG, Broadcom Limited (Avago Technologies), NEC Corp.

По продуктам, рынок полевых транзисторов (2020-2029): переходные полевые транзисторы (JFET), металл-оксидные полевые транзисторы (MOSFET)

Согласно заявкам, рынок полевых транзисторов разделен на:

аналоговых переключателей
Усилители
Phase Shift Oscillator
Current Limiter
Digital Circuits
Other

Узнайте больше или поделитесь вопросами, если они есть, перед покупкой в ​​этом отчете по адресу: https: // market.us / report / field-transistor-market / # question

Основные моменты рынка полевых транзисторов:

1. Планы развития вашего бизнеса, основанные на стоимости производства и стоимости продукции, и многое другое в ближайшие годы.

2. Подробное описание регионального распределения популярных продуктов на рынке полевых транзисторов.

3. Каким образом крупные компании и производители среднего звена получают прибыль на рынке полевых транзисторов?

4.Оцените возможность выхода новых игроков на рынок полевых транзисторов.

5. Обширное исследование общего расширения рынка полевых транзисторов для определения выпуска продукта и развития активов.

Региональный анализ:

Мировые компании, занимающиеся рынком полевых транзисторов, в основном концентрируются в следующих регионах.

Северная Америка (субрегионы: США, Канада и Мексика и т. Д.)

Азиатско-Тихоокеанский регион (субрегионы: Китай, Япония, Корея, Индия и Юго-Восточная Азия)

Ближний Восток и Африка (субрегионы: Саудовская Аравия , ОАЭ, Египет, Турция, Нигерия и Южная Африка)

Европа (субрегионы: Германия, Франция, Великобритания, Россия и Италия)

Южная Америка (субрегионы: Бразилия, Аргентина, Колумбия и т. д.))

Полное описание отчета, оглавление, таблицу рисунков, диаграмму и т. Д. Можно получить по адресу: https://market.us/report/field-effect-transistor-market/#toc

Зачем покупать этот отчет о рынке полевых транзисторов ?

а. Получите точные данные и стратегическое понимание мирового рынка полевых транзисторов и ключевых игроков.

г. Какова доля бизнеса и соответствующие темпы роста между различными сегментами приложений? Между развитыми и развивающимися промышленными регионами?

г.Понимать важность последних производственных тенденций (будущих тенденций, будущих технологий и т. Д.)

d. По мере увеличения глобальной емкости и производства на рынке полевых транзисторов, в каких географических регионах будет наблюдаться наибольший объем и самые высокие темпы роста потребления полевых транзисторов?

Мы обеспечиваем лучшее в своем классе обслуживание клиентов, и наша команда поддержки клиентов всегда готова помочь вам с вашими исследовательскими запросами. Спасибо, что прочитали эту статью.

Дополнительная информация:

Объем рынка капсул-наполнителей, сводка, обзор, методология исследования и прогноз до 2029 г.

Рынок тяжелых мешков (2020-2029 гг.) Анализ огромного роста путем составления профилей ключевых игроков: Amber Sports, Century, Everlast

Key Результаты глобального рынка органических полевых транзисторов (OFET)

ЛОНДОН– (БИЗНЕС-ПРОВОД) — В последнем отчете Technavio об исследовании мирового рынка органических полевых транзисторов (OFET) прогнозируется среднегодовой темп роста выше 7% в период 2017-2021 годов.

Отчет сегментирует глобальный рынок органических полевых транзисторов (OFET) по приложениям, включая гибкий OLED-дисплей, смарт-карты и метки; и по географии, включая Азиатско-Тихоокеанский регион, регион EMEA и Америку. Он предоставляет подробную иллюстрацию основных факторов, влияющих на рынок, включая движущие силы, возможности, тенденции и отраслевые проблемы.

Вот некоторые ключевые результаты глобального рынка органических полевых транзисторов (OFET) по данным исследователей оборудования и полупроводников Technavio:

• Появление стандартов 4G: главный драйвер рынка
• Сегмент гибких OLED-дисплеев доминировал на рынке с долей примерно 51% в 2016 году
• APAC доминировал на мировом рынке органических полевых транзисторов (OFET) с долей 39% в 2016 году
• E Ink, Thinfilm, Исследовательский центр Пало-Альто, BrightVolt и Vorbeck Materials — одни из самых заметных игроков на рынке.

Этот отчет доступен со скидкой 1000 долларов США только в течение ограниченного времени: Ознакомьтесь с моментальным снимком рынка перед покупкой

Купите 1 отчет Technavio и получите второй за со скидкой 50% на .Купите 2 отчета Technavio и получите третий за бесплатно .

Появление стандартов 4G: главный драйвер рынка

LTE обеспечивает высокую скорость передачи данных и лучший пользовательский опыт по сравнению с 3G. По данным Глобальной ассоциации поставщиков мобильной связи (GSA), 4G LTE является самой быстроразвивающейся технологией мобильных систем из когда-либо существовавших. В 2015 году около 285 операторов из 93 стран инвестировали в сети LTE и 119 коммерческих сетей LTE в 53 странах мира. Операторы сотовой связи обновляют свои беспроводные сети до LTE, чтобы удерживать клиентов, которые уже используют услуги 2G или 3G.

Технология

4G, которая, вероятно, будет стимулировать рынок SIM-карт с поддержкой 4G, является основным направлением деятельности нескольких развивающихся стран. В такой стране, как Индия, в 2016 году насчитывалось 1,1 миллиарда абонентов мобильной связи, поэтому уровень проникновения мобильной связи высок. В 2015 году скорость передачи данных для абонентов GSM / EDGE достигла своего пика. Однако он снизился из-за перехода абонентов на 3G. Ожидается, что к 2020 году количество подписок на LTE в Индии, составляющее около 15% от общей базы подписок, превысит 230 миллионов.

Ищете дополнительную информацию об этом рынке? Запросить бесплатный образец отчета

Образцы отчетов Technavio предоставляются бесплатно и содержат несколько разделов отчета, включая объем рынка и прогноз, движущие силы, проблемы, тенденции и многое другое.

Азиатско-Тихоокеанский регион: крупнейший рынок OFET

Исследователи

Technavio ожидают, что основной источник доходов на мировом рынке органических полевых транзисторов (OFET) будет зачислен на APAC.Рост рынка органических полевых транзисторов (OFET) в этом регионе объясняется высокой концентрацией компаний-производителей бытовой электроники. APAC — это центр для производителей плоских телевизоров, планшетов, смартфонов и носимых устройств. Южная Корея, Япония, Тайвань и Китай состоят из большинства этих производителей. Основными поставщиками на рынке являются Samsung Display и LG Display. Они представили смартфоны с изогнутыми панелями. Благодаря вертикальной интеграции эти поставщики контролируют большую часть цепочки поставок.

По словам Рохана Джоя Томаса, ведущего аналитика компании Technavio по исследованию встроенных систем , «В Азиатско-Тихоокеанском регионе Китай становится ведущим центром для производителей дисплеев большой площади из-за наличия обильных ресурсов и близости к местам расположения клиентов. , повышенный спрос на внутреннем рынке и доступность дешевой рабочей силы. Рост спроса на устройства отображения в таких странах, как Китай и Индия, будет способствовать росту рынка OFET в Азиатско-Тихоокеанском регионе.”

Развитие мирового рынка органических полевых транзисторов (OFET)

Поставщики на рынке органических полевых транзисторов (OFET) вкладывают значительные средства в исследования и разработки, чтобы преодолеть проблемы стандартизации. Эти инвестиции используются различными университетами и независимыми лабораториями по всему миру для проведения исследовательских программ. Как субрынок глобального рынка печатной электроники, глобальный рынок OFET имеет огромные перспективы в ближайшем будущем.

Получите образец отчета по мировому рынку оборудования на органических полевых транзисторах (OFET) бесплатно

Получите доступ к постоянно растущим встроенным системам Technavio. исследуйте библиотеку и найдите экспертный анализ на сотнях рынков.

О компании Technavio

Technavio — ведущая глобальная исследовательская и консультационная компания в области технологий. Их исследования и анализ сосредоточены на тенденциях развивающихся рынков и предоставляют практические идеи, которые помогают предприятиям определять рыночные возможности и разрабатывать эффективные стратегии для оптимизации своих рыночных позиций.

Библиотека отчетов Technavio, в которой работает более 500 специализированных аналитиков, состоит из более чем 10 000 отчетов и их подсчета, охватывающих 800 технологий из 50 стран. Их клиентская база состоит из предприятий любого размера, в том числе более 100 компаний из списка Fortune 500.