1.5.Полевые транзисторы.

1.5.1.Устройство полевого транзисто­ра. Физические принципы, положенные в основу поле­вых транзисторов, были известны давно, однако их реализация встретила существенные технические трудности. Только в 60-х годах полевые транзисторы начали широко применять в различных областях электроники.

В полевых транзисторах используют эффект воз­действия поперечного электрического поля на прово­димость канала, по которому движутся носители электрического заряда. Полевые канальные транзисторы имеют существен­ные преимущества, к которым прежде всего относятся большое входное сопротивление приборов (1010-1015 Ом), большая устойчивость к проникающим излучениям (допускается уровень излучений, на 3-4 порядка больший, чем для биполярных транзисторов), малый уровень собственных шумов, малое влияние температуры на усилительные свойства.

Типы полевых транзисторов: с затвором в виде р-n-перехода и с изолированным затвором

.

О снову прибора состав­ляет слаболегированная полупроводниковая плас­тина р-типа, к торцам которой приложено напряжение U_c, создающее ток I_с через сопротивление нагрузки R_н.

Рис.1.22.Схематическое изображение полевого тран­зистора с затвором в виде р-n-перехода: И-исток; С — сток; l-обед­ненный слой.

В полупроводниковой пластине этот ток обеспечивается движением основных носителей заряда. Торец пластины, от которого движут­ся носители заряда, называется истоком. Торец, к которому движутся носители заряда— стоком. В две противоположные боковые поверхности основной

р-пластины вплавлены пластинки типа n. На границе раздела пластин n и р возникают электронно-дырочные переходы, к которым в непроводящем направ­лении приложено входное напряжение U_вх. Пластины n-типа образуют затвор, а вокруг них образуется слой, обеднен­ный носителями заряда с малой проводимостью. Между обедненными слоями сохраняется канал с высокой проводимостью.

Полевой транзисто­р с затвором в виде р-n-перехода

. С увеличением напряжения на затворе ширина обед­ненных слоев увеличивается, поперечное сечение канала и проводимость уменьшаются. Т.о., меняя U_вх на затво­ре, можно менять ток нагрузки и напряжение U_вых.Работу полевого транзистора характери­зуют зависимостью тока стока I_с от напряжения между истоком и стоком U_c при разл. напряжениях на затворе U_з.

Рис.1.23.Семей­ство характеристик полевого транзис­тора с затвором в виде р-n-перехода.

Сначала с увеличением U_c ток I_с нарастает линейно. Затем наступает режим насы­щения и ток перестает расти, т.к.при насыщении напряжен­ность продольного поля в канале складывается с напряженностью поперечн.

поля и канал в области стока сужается. Причем, чем больше напряженность продольного поля (U_c), тем больше су­жается канал в области стока. Ток насыщения уменьшается при увеличении напряжения на затворе (обратное напряжение р-n-перехода)

Полевой транзистор с изолированным затвором. Основу прибора составляет пластина кремния р-типа.

Рис.1.24.Схема полевого транзистора с изолированным затвором и его условное обозначение.

На малом расстоянии друг от друга в поверхность пластины вплавляют донор- ную примесь. Затем поверхность тер­мически обрабатывают и нара­щивают на ней тонкий (0,1мкм) слой изолятора — диосида. На него накла­дывают метали- ческую пластину затвора, перекрываю­щую области донорной примеси n.

В транзисторе токопроводящий канал создается при подаче на затвор напряжения опре­деленной полярности и значения. При отсутствии напряжения транзистор заперт, т. к. один из р-п-переходов смещен в обратном направлении. При положительном напряжении на затворе, в приповерхностном слое основа-ния (между истоком и стоком) будет движение электронов от истока к стоку. Слой между исто­ком и стоком называется

индуцированным каналом. Т.к. индуцированный канал создается при напряжении положительной полярности, то транзистор с таким каналом работает только в режиме обогащения. Из-за простоты изго­товления и хороших техн. характеристик тран­зисторы с индуци-рованным каналом получили наи­большее применение.

Полевые транзисторы могут работать в схеме включения с общим истоком, с общим стоком или с общим затвором.

Достоинства полевых транзисто­ров:

1.Высокое входное сопротивление, в полевых транзисторах с затвором в виде

р-п-перехода -10⁶-10⁹Ом,в транзисторах с изолированным затвором -10¹³-10¹⁵ Ом;

2.Малый уровень собственных шумов;

3.Высокая устойчивость против температурных и радиоактивных воздействий;

4. Высокая плотность расположения элементов при использовании приборов в интегральных схемах.

Полевые транзисторы применяются в схемах усилителей, генераторов и переключателей, в малошумящих усили­телях с большим входным сопротивле-нием. Тран­зисторы с изолированным затвором используются в цифровых и логических схемах, их на­зывают транзисторами типа МДП (металл-диэлектрик— полупроводник).

Маркировка полевых транзисторов. Обозначение транзисто­ров состоит из шести элементов.

Первый элемент(буква или цифра)-материал, из которого изготовлен: Г или 1- германий, К или 2 — кремний, А или 3- арсенид галлия.

Второй элемент(буква)- класс при­боров: Т — биполярные транзисторы, П — полевые транзисторы.

Третий, четвертый и пятый элементы—трех­значное число(таблица выше), первая цифра — классификационный номер, характеризую­щий назначение прибора (диапазон рабочих частот и мощность), а две последующие цифры от 01 до 99 — порядковый номер разработки типа прибора.

Шестой элемент — буква от А до Я — определяет деление технологического типа на параметрические группы (разновидности типа).

Примеры обо­значений:

КТ324А- кремниевый биполярный транзи­стор, высокочастотный, малой мощности, номер раз­работки 24, группа А;

1Т806Б-германиевый бипо­лярный транзистор, среднечастотный, большой мощ­ности, номер разработки 06, группа Б;

КП102Е — кремниевый полевой транзистор, низкочастотный, малой мощности, номер разработки 02, группа Е.

Полевые транзисторы — презентация онлайн

Похожие презентации:

3D печать и 3D принтер

Видеокарта. Виды видеокарт

Анализ компании Apple

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Устройство стиральной машины LG. Электрика

Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)

Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок

Магнитные пускатели и контакторы

Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)

1. Полевые транзисторы

2. Определение, принцип действия

Униполярный (полевой) транзистор –
полупроводниковый прибор, в котором регулирование тока
производится изменением проводимости проводящего
канала помощью электрического поля.
Оба названия транзистора отражают его особенности:
прохождение тока в канале обусловлено одним типом зарядов –
униполярный; управление током канала осуществляется
электрическим полем – полевой.
Электроды полевого транзистора называются:
• исток (англ. source) — электрод, из которого в
канал входят основные носители заряда;
• сток (англ. drain) — электрод, через который из
канала уходят основные носители заряда;
• затвор (англ. gate) — электрод, служащий для
регулирования поперечного сечения канала.

5. Маркировка полевых транзисторов

6. Классификация полевых транзисторов

7. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Полевой транзистор с управляющим p-nпереходом
Полевой транзистор с управляющим p-nпереходом – полупроводниковый прибор, в
котором проводимостью канала можно
управлять, подавая напряжение на
закрытый р-n-переход
Структура полевого транзистора с управляющим p-n-переходом
приведена на рисунке.
IЗ
ЕЗИ
Канал n-типа
С
З
З
IИ
p
И
Канал
С
И
RС
n
Р
IС
UСИ
UСИ>0, UЗИ<0,
Канал р-типа
С
ЕС
З
И

9. Схемы включения полевых транзисторов

Функциональное назначение полевого транзистора такое же, что и
биполярного. Различают три схемы включения полевого транзистора:
с общим истоком (ОИ)
общим стоком (ОС)
общим затвором (ОЗ).
Наиболее распространены схемы включения транзистора с общим
истоком (ОИ).
IС,
мА
UЗИ=0
UЗИ=-1 В
UЗИ=-2В
UЗИ=-3 В
UЗИ=-4 В
Режим обеднения
Стоковые (а) и стоко-затворные (б) характеристики
полевого транзистора.
IС,
мА
Uc=const
UЗИ, отс
UСИ,
Когда суммарное напряжение достигнетВнапряжения запирания:
ширина канала уменьшится, а его сопротивление возрастет. При определенном
значении UЗИ, которое называется напряжением отсечки, ток стока практически не
протекает.
Определение: Напряжением отсечки называется значение напряжения затвористок, при котором ток стока практически равен 0.

11. МДП (МОП) транзистор

Определение:
Полевой
транзистор
с
изолированным затвором – транзистор, электрод
затвора
которого
изолирован
от
полупроводникового канала слоем диэлектрика из
двуокиси кремния SiO2.
Полевой транзистор с
изолированным затвором и
встроенным каналом
Полевой транзистор с
изолированным затвором и
встроенным каналом

12. Стоковые (выходные) характеристики

I C f (U СИ ) при UЗИ=const
UЗИ=1 В
режим
обогащения
UЗИ=0,5 В
IС
UЗИ=0
режим
обогащения
UЗИ= – 1 В
UСИ
Режим
обеднения
обеднения
UЗИ = – 0,5 В
Режим
IС
UЗИ отс
UЗИ
Полевой транзистор с
изолированным затвором и
индуцированным каналом

14. Стоковые характеристики

English     Русский Правила

Транзисторный биосенсор с полевым эффектом, использующий фрагмент связывания антигена для обнаружения онкомаркера в сыворотке крови человека

1. Rasooly A., Jacobson J. Разработка биосенсоров для клинических испытаний рака. Биосенс. Биоэлектрон. 2006; 21:1851–1858. [PubMed] [Google Scholar]

2. Маскини М., Томбелли С. Биосенсоры для биомаркеров в медицинской диагностике. Биомаркеры. 2008; 13: 637–657. [PubMed] [Google Scholar]

3. Tothill I.E. Биосенсоры для диагностики онкомаркеров. Семин. Сотовый Дев. биол. 2009 г.;20:55–62. [PubMed] [Google Scholar]

4. Rapp B.E., Gruhl F.J., Lange K. Биосенсоры с обнаружением без меток, предназначенные для диагностических приложений. Анальный. Биоанал. хим. 2010; 398:2403–2412. [PubMed] [Google Scholar]

5. Нива Д., Омичи К., Мотохаши Н., Хомма Т., Осака Т. Монослойно-модифицированные органосилановые самособирающиеся полевые транзисторы для встроенных датчиков ионов и биомолекул. Сенсорные приводы Б. 2005; 108: 721–726. [Google Scholar]

6. Ван Дж., Ито К., Наканиши Т., Куроива С., Осака Т/. Тб ₃ ⁺ — усиленное потенциометрическое обнаружение однонуклеотидного полиморфизма с помощью полевых транзисторов. хим. лат. 2009; 38: 376–377. [Google Scholar]

7. Nakamura T., Sakurai Y., Hideshima S., Kuroiwa S., Osaka T. Сиалилгликан-модифицированный полевой транзистор для обнаружения заряженных лектинов в физиологических условиях. хим. лат. 2010;39:1245–1247. [Google Scholar]

8. Хидешима С., Эйнати Х., Накамура Т., Куроива С., Шахам-Диаманд Ю., Осака Т. Теоретический метод оптимизации концентрации ионов в буфере для обнаружения белков с использованием полевых транзисторов. Дж. Электрохим. соц. 2010; 157:410–414. [Академия Google]

9. Hideshima S., Sato R., Kuroiwa S., Osaka T. Изготовление стабильных полевых транзисторов с модифицированными антителами с использованием электрической активации перекрестных связей оснований Шиффа для обнаружения онкомаркеров. Биосенс. Биоэлектрон. 2011;26:2419–2425. [PubMed] [Google Scholar]

10. Хидешима С., Сато Р., Иноуэ С., Куроива С., Осака Т. Обнаружение онкомаркера в сыворотке крови с использованием модифицированного антителами полевого транзистора с оптимизированной блокировкой BSA. Sens. Actuators B. 2012; 161: 146–150. [Академия Google]

11. Hideshima S., Wustoni S., Kuroiwa S., Nakanishi T., Koike A., Osaka T. Мониторинг роста амилоида sup35NM с помощью электрического обнаружения без меток с использованием биосенсора на полевых транзисторах. ХимЭлектроХим. 2014; 1:51–54. [Google Scholar]

12. Хидешима С., Хиноу Х., Эбихара Д., Сато Р., Куроива С., Наканиши Т., Нисимура С.И., Осака Т. Аттомолярное определение гемагглютинина вируса гриппа А человека Н2 и птичьего Н5 с использованием гликанового биосенсора на полевых транзисторах. Анальный. хим. 2013;85:5641–5644. [PubMed] [Академия Google]

13. Хидешима С., Куроива С., Кимура М., Ченг С., Осака Т. Влияние размера рецептора на обнаружение аллергии с использованием полевого транзисторного биосенсора. Электрохим. Акта. 2013; 110:146–151. [Google Scholar]

14. Сассолас А., Блюм Л.Дж., Лека-Бувье Б.Д. Электрохимические аптасенсоры. Электроанализ. 2009;21:1237–1250. [Google Scholar]

15. Ishikawa F.N., Chang H.K., Curreli M., Liao H.I., Olson C.A., Chen P.C., Zhang R., Roberts R.W., Sun R., Cote R.J., et al. Электрическое обнаружение N-белка вируса SARS без меток с помощью биосенсоров с нанопроволокой, использующих имитаторы антител в качестве зондов захвата. АКС Нано. 2009 г.;3:1219–1224. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

16. Хидешима С., Кобаяси М., Вада Т., Куроива С., Наканиши Т., Савамура Н., Асахи Т., Осака Т. Метка- свободный электрический анализ фиброзного амилоида β на основе полупроводникового биосенсора. хим. коммун. 2014;50:3476–3479. [PubMed] [Google Scholar]

17. Kim J.P., Lee BY, Hong S., Sim S.J. Сверхчувствительные биосенсоры на основе углеродных нанотрубок с использованием фрагментов связывания антител. Анальный. Биохим. 2008; 381:193–198. [PubMed] [Академия Google]

18. Okamoto S., Ohno Y., Maehashi K., Inoue K., Matsumoto K. Иммуносенсоры на основе графеновых полевых транзисторов, изготовленных с использованием антигенсвязывающего фрагмента. Япония. Дж. Заявл. физ. 2012; 51 doi: 10.1143/JJAP.51.06FD08. [CrossRef] [Google Scholar]

19. Эльнатан Р., Квят М., Певзнер А., Энгель Ю., Бурштейн Л., Хачтуринц А., Лихтенштейн А., Кантаев Р., Патольский Ф. Послойная инженерия биораспознавания: Преодоление ограничений экранирования устройств FET на основе нанопроводов. Нано Летт. 2012;12:5245–5254. [PubMed] [Академия Google]

20. Yoshimoto K., Nishio M., Sugasawa H., Nagasaki Y. Прямое наблюдение инактивации фрагментов антител, индуцированных адсорбцией, окруженных слоем смешанного ПЭГ, на поверхности золота. Варенье. хим. соц. 2010; 132:7982–7989. [PubMed] [Google Scholar]

21. Huang X., Ren J. Хемилюминесцентный резонансный перенос энергии на основе наночастиц золота для иммуноанализа маркера рака альфа-фетопротеина. Анальный. Чим. Акта. 2011; 686: 115–120. [PubMed] [Google Scholar]

22. Sun W., Jiao K., Han J., Zhao C. Вольтамперометрическое определение белков с торином. Акта Чим. слов. 2006; 53: 367–373. [Академия Google]

23. Йоханнес Г., Видмер С.К., Эломаа М., Юссила М., Асеев В., Риеккола М.Л. Термическую агрегацию бычьего сывороточного альбумина изучали методом асимметричного проточного фракционирования. Анальный. Чим. Акта. 2010; 675:191–198. [PubMed] [Google Scholar]

24. Лопес Дж. Б. Последние разработки в области первого обнаружения гепатоцеллюлярной карциномы. клин. Биохим. 2005; 26:65–79. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

25. Кривицкий В., Хсюн Л.К., Лихтенштейн А., Брудник Б., Кантаев Р., Эльнатан Р., Певзнер А., Хачтуринц А., Патольский Ф. Устройства биомолекулярной фильтрации, разделения и предварительного концентрирования на основе Si nanowires на основе леса: нанопровода делают все. Нано Летт. 2012;12:4748–4756. [PubMed] [Академия Google]

Функционализированные антрадитиофены для органических полевых транзисторов

Мин-Чоу Чен,*

и Чунгик Ким, ^б Шэн-Ю Чен, ^и Йен-Джу Чианг, ^и Минг-Че Чанг, 9 лет0015 и Антонио Факкетти* ^б и Тобин Дж. Маркировка* ^б

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Кафедра химии, Национальный центральный университет, Чун-Ли, Тайвань, Китайская республика
Электронная почта: [email protected]
Тел.: +886-3-4273253

^б Кафедра химии и Центр исследования материалов, Северо-Западный университет, 2145 Sheridan Rd, Эванстон, Иллинойс, США

Электронная почта: a-facchetti@northwestern. edu, [email protected]
Тел.: +1-847-491-3295

Аннотация

Синтезированы и охарактеризованы два новых полупроводника для органических тонкопленочных транзисторов (OTFT): диперфторфенилантрадитиофен ( DFPADT ) и диметилантрадитиофен ( DMADT ). Первый материал демонстрирует амбиполярный транспорт в устройствах OTFT с полевой подвижностью (μ ) of 6 × 10 ⁻⁴ cm ² V ⁻¹ s ⁻¹ and 0.05 cm ² V ⁻¹ s ⁻¹ для электронов и дырок соответственно. Следовательно, было обнаружено, что замещение диперфторфенилом эффективно индуцирует транспорт n-типа. Диметилзамещенный антрадитиофен ( DMADT ) также был синтезирован для сравнения и демонстрировал исключительно дырочный транспорт с подвижностью носителей ~0,1 см9.