Полевой транзистор как проверить: Страница не найдена — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Как проверить полевой транзистор | Твоя стройка

Для проверки исправности полевого транзистора можно воспользоваться любым цифровым мультиметром с функцией «прозвонки» диодов. Данная функция работает таким образом, что позволяет измерить прямое падение напряжения на p-n-переходе, которое и будет отображено на дисплее мультиметра в ходе тестирования.

В процессе данной проверки мультиметр способен пропустить через проверяемую цепь ток в пределах нескольких миллиампер, и если падение напряжения окажется при этом слишком малым, то в случае наличия у прибора функции звукового оповещения, он запищит. А поскольку в любом полевом транзисторе присутствуют p-n-переходы, то можно рассчитывать на вполне адекватный результат.

Прежде чем проверять полевой транзистор на исправность, замкните на секунду фольгой все его выводы чтобы снять статический заряд, чтобы разрядить все его переходные емкости, включая емкость затвор-исток.

Проверка встроенного обратного диода

Практически в любом современном полевом транзисторе, за исключением специальных их типов, параллельно цепи сток-исток включен внутренний «защитный» диод.

Наличие этого диода внутри полевика обусловлено особенностями технологии производства мощных транзисторов. Иногда он мешает, считается паразитным, однако в большинстве полевых транзисторов без него, как части цельной структуры электронного компонента, не обойтись. Следовательно, в исправном полевом транзисторе данный диод тоже должен быть исправным. В n-канальном полевом транзисторе данный диод включен катодом к стоку, анодом — к истоку, а в p-канальном — анодом к стоку, катодом — к истоку.

Включите мультиметр в режим «прозвонки» диодов. Если полевой транзистор является n-канальным, то красный щуп мультиметра приложите к его истоку (source), а черный — к стоку (drain).

Обычно сток находится посередине и соединен с проводящей подложкой транзистора, а истоком является правый вывод (уточните это в datasheet). В случае если внутренний диод исправен, на дисплее мультиметра отобразится прямое падение напряжения на нем — в районе 0,4-0,7 вольт. Если теперь положение щупов изменить на противоположное, то прибор покажет бесконечность. Если все так, значит внутренний диод исправен.

Проверка цепи сток-исток

Полевой транзистор управляется электрическим полем затвора. И если емкость затвор-исток зарядить, то проводимость в направлении сток-исток увеличится.

Итак, если транзистор является n-канальным, приложите черный щуп к затвору (gate), а красный — к истоку, и через секунду измените расположение щупов на противоположное — красный к затвору, а черный — к истоку. Так мы сначала наверняка разрядили затвор, а после — зарядили его. Затвор обычно слева, а исток — справа (см. datasheet).

Теперь красный щуп переместите с затвора — на сток, а черный пусть останется на истоке. Если транзистор исправен, то как только вы переместите красный щуп с затвора на сток, мультиметр покажет что на стоке есть падение напряжения (не бесконечное, но может увеличиваться) — это значит, что транзистор перешел в проводящее состояние.

Теперь красный щуп на исток, а черный — на затвор (разряжаем затвор противоположной полярностью), после чего снова красный щуп на сток, а черный — на исток. Прибор должен показать бесконечность — транзистор закрылся. Для p-канального полевого транзистора щупы просто меняются местами.

Если прибор запищит

Если на этапе проверки сток-исток прибор запищит, это может быть вполне нормальным, ведь у современных полевых транзисторов сопротивление сток-исток в открытом состоянии бывает очень маленьким. Главное — чтобы не было звона затвор-исток и сток-исток, особенно в тот момент когда затвор заряжен противоположной полярностью. Как вариант, можно соединить затвор с истоком и в таком положении прозвонить сток-исток (для n-канального красный на сток, черный — на исток), прибор должен показать бесконечность.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Факультет Интернет вещей

Вы сможете:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;
Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;
Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды…

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник

Понравилась статья, поделитесь с другими!!!

➤

Проверка исправности транзисторов без демонтажа их из устройства

Р/л технология

ГлавнаяРадиолюбителюР/л технология

2 года назад

При ремонте радиоэлектронных устройств обычно приходится выпаивать из них вызывающие подозрение транзисторы для проверки. При этом неизбежен риск повредить как печатную плату устройства, так и выводы самого транзистора. Однако во многих случаях можно избежать демонтажа, если воспользоваться предлагаемым автором статьи методом проверки.

Метод не позволяет измерить, например, коэффициент передачи 5транзистора по току, но даёт полное представление о работоспособности проверяемого транзистора. Схема проверки биполярного транзистора без выпайки его из устройства изображена на рис. 1, где VT1 — проверяемый транзистор. Через резисторы R1 и R2 на выводы его коллектора и базы нужно подать относительно вывода эмиттера испытательное синусоидальное переменное напряжение около 1 Вэфф (амплитудой 1,5 В). Для проверяемого транзистора оно безопасно. К выводам коллектора и эмиттера подключают осциллограф. Хотя на схеме изображён транзистор структуры n-p-n, он может быть и структуры p-n-p. При этом изменять схему не потребуется.

Рис. 1. Схема проверки биполярного транзистора без выпайки его из устройства

Частота испытательного напряжения не принципиальна, но слишком увеличивать её не стоит, так как это исказит форму наблюдаемых осциллограмм, особенно при наличии подключённых к выводам проверяемого транзистора конденсаторов. Удобно брать испытательный сигнал от сети 50 Гц через понижающий трансформатор и, при необходимости, низкоомный делитель напряжения. Провода к выводам проверяемого транзистора, находящегося в устройстве, на время измерения припаивают или плотно прижимают. Я обычно использую провод МГТФ-0,12.

Номиналы резисторов R1 и R2 зависят от мощности проверяемого транзистора. Те, что указаны на схеме, подходят для транзисторов малой и средней мощности и обеспечивают максимальный ток коллектора около 5 мА. Для проверки транзисторов при меньшем токе их нужно увеличить, а при большем — уменьшить. Следует также иметь в виду, что для успешной проверки сопротивление резисторов, подключённых к проверяемому транзистору в устройстве, где он установлен, должно быть значительно больше, чем резисторов R1 и R2.

Рис. 2. Осциллограмма напряжения

При проверке исправного транзистора структуры n-p-n осциллограмма напряжения между его коллектором и эмиттером имеет вид, подобный показанному на рис. 2 (синяя линия). Здесь и далее красная линия отмечает нулевой уровень напряжения, коэффициент отклонения луча по вертикали — 0,5 В/дел., скорость горизонтальной развёртки — 5 мс/дел. Испытывался транзистор КТ940А, установленный в модуле М2-4-1 старого телевизора.

В отрицательных полупериодах испытательного напряжения и на начальных и конечных участках его положительных полупериодов (в интервалах от 0 до приблизительно +0,6 В) транзистор остаётся закрытым, и форма напряжения между его коллектором и эмиттером повторяет форму испытательного напряжения. Когда мгновенное значение испытательного напряжения превышает +0,6 В, транзистор открывается, в результате чего напряжение между его коллектором и эмиттером быстро снижается за счёт падения на резисторе R1. Далее транзистор переходит в состояние насыщения с близким к нулю напряжением коллектор-эмиттер (плоский участок осциллограммы), из которого выходит при понижении мгновенного значения испытательного напряжения. Те или иные отклонения формы осциллограммы от описанной связаны, как правило, с неисправностью транзистора.

При проверке транзистора структуры p-n-p осциллограмма получается инверсной, относительно рассмотренной, — такой, как показано на рис. 3 (проверялся транзистор 2Т208К).

Рис. 3. Осциллограмма напряжения

Рис. 4. Схема проверки полевых транзисторов с изолированным затвором средней и большой мощности при токе стока около 0,1 А

Рис. 5. Осциллограмма напряжения

Проверять полевые транзисторы с изолированным затвором средней и большой мощности при токе стока около 0,1 А можно по схеме, изображённой на рис. 4. Они могут быть как n-канальными, так и p-канальными. Осциллограмма на рис. 5 получена при проверке n-канального транзистора 2П7160Е. В положительных полупериодах испытательного напряжения он открывается при напряжении затвор-исток более +3 В (это его пороговое напряжение). Падение напряжения на открытом канале сток-исток очень мало. В отрицательных полупериодах канал закрыт, но открыт защитный диод транзистора, ограничивающий напряжение между выводами его стока и истока до -0,65 В. Увеличив коэффициент отклонения по вертикали до 20 мВ/дел., можно оценить падение напряжения на открытом канале сток-исток (рис. 6). Здесь уже виден собственный шум осциллографа.

Рис. 6. Осциллограмма напряжения

Рис. 7. Осциллограмма напряжения сток-исток

Рис. 8. Осциллограмма, полученная при проверке n-канального полевого транзистора IRFP064N

Рис.9. Осциллограмма, полученная при проверке p-канального полевого транзистора КП785А

Рис. 10. Осциллограмма, полученная при проверке p-канального полевого транзистора КП785А в инверсном включении

На рис. 7 — осциллограмма напряжения сток-исток того же транзистора в инверсном включении (выводы стока и истока поменяны местами), применяемом, например, в синхронных выпрямителях. Здесь напряжение положительного полупериода синусоиды, ограниченное до 0,3 В защитным диодом транзистора, уменьшается почти до нуля при открывании канала исток-сток. В отрицательных полупериодах испытательного напряжения и сам транзистор, и его защитный диод при таком включении закрыты, поэтому эти полупериоды испытательного сигнала регистрируются полностью.
Рис. 8 — осциллограмма, полученная при проверке n-канального полевого транзистора IRFP064N. Он открывается и закрывается при напряжении затвор-исток 3,4 В, провалы при полностью открытом канале — до 0,05 В, падение напряжения на открытом защитном диоде — -0,6 В. На рис. 9 изображена осциллограмма, полученная при проверке p-канального полевого транзистора КП785А, на рис. 10 — тогоже транзистора в инверсном включении.
Описанный метод проверки транзисторов без демонтажа из устройства не применим, если в этом устройстве между выводами проверяемого транзистора или междуэтими выводами и общим проводом либо выходом источника питания имеются элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) с недостаточно большим по сравнению с сопротивлением резисторов R1 и R2 активным или реактивным (на частоте испытательного сигнала) сопротивлением.

Автор: В. Кильдюшев, г. Жуков Калужской обл.

Как проверить полевой транзистор?

Такой транзистор можно заменить практически любым n-канальным с напряжением между стоком и истоком больше или равно 40V и током стока больше или равно 30А, например IRFZ44, 40n10, 50N06 и т.п. При ремонте аппаратов, в которых применены полевые транзисторы, часто возникает задача проверки целостности и работоспособности этих транзисторов.

Чаще всего приходится иметь дело с вышедшими из строя мощными полевыми транзисторами импульсных блоков питания. Расположение выводов полевых транзисторов (Gate – Drain – Source) может быть различным. Часто выводы транзистора можно определить по маркировке на плате ремонтируемого аппарата (обычно выводы маркируются латинскими буквами G, D, S).

Если такой маркировки нет, то желательно воспользоваться справочными данными. Чтобы предотвратить выход из строя транзистора во время проверки, очень важно при проверке полевых транзисторов соблюдать некоторые правила безопасности.

Полевые транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, поэтому их рекомендуется проверять, предварительно организовав заземление. Для того чтобы снять с себя накопленные статические электрические заряды, необходимо надеть на руку заземляющий антистатический браслет.

Также следует помнить, что при хранении полевых транзисторов, особенно маломощных, их выводы должны быть замкнуты между собой. При проверке чаще всего пользуются обычным омметром, у исправного полевого транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление, следует заметить, что тут могут быть некоторые исключения.

Например, если при проверке приложить положительный щуп тестового прибора к затвору (G) транзистора n-типа, а отрицательный к истоку (S), емкость затвора зарядится и транзистор откроется. И тогда при замере сопротивления между стоком (D) и истоком (S) прибор покажет некоторое значение сопротивления, которое можно ошибочно принять за неисправность транзистора.

Поэтому перед «прозвонкой» канала «сток-исток» замкните накоротко все ножки транзистора, чтобы разрядить емкость затвора. После этого сопротивление сток-исток должно стать бесконечным.

В противном случае транзистор признается неисправным. В современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод, поэтому канал «сток-исток» при проверке ведет себя как обычный диод. Для того чтобы избежать досадных ошибок, помните о наличии такого диода и не примите это за неисправность транзистора.

Убедиться в наличии диода достаточно просто. Нужно поменять местами щупы тестера, и он должен показать бесконечное сопротивление между стоком и истоком. Если этого не произошло, то, скорее всего, транзистор пробит. Таким образом, имея под рукой обычный омметр, можно легко и быстро проверить мощный полевой транзистор.

Для диагностики полевых транзисторов N-канального вида, вначале берем и выпаиваем транзистор, кладем его на стол лицом к себе, ноги обязательно должны быть в воздухе, ничего не касаться. Черный щуп слева на подложку (D – сток), красный на дальний от себя вывод справа (S – исток), мультиметр показывает падение напряжения на внутреннем диоде ~502 мВ, транзистор закрыт .

Далее, не снимая черного щупа, касаемся красным щупом ближнего вывода (G – затвор и опять возвращаем его на дальний (S – исток), тестер показывает 0 мВ (на некоторых цифровых мультиметрах будет показываться не 0, а ~150…170мВ): полевой транзистор открылся прикосновением.

Если сейчас черным щупом коснуться нижней (G – затвор) ножки, не отпуская красного щупа и вернуть его на подложку (D – сток), то полевой транзистор закроется, и мультиметр снова будет показывать падение напряжения около 500мВ.

Это верно для большинства N-канальных полевых транзисторов в корпусе DPAK и D²PAK. Открываем. Открыт. Закрываем. Закрыт. Транзистор выполнил всё, что от него требовалось. Диагноз – исправен. Для проверки P-канальных полевых транзисторов нужно поменять полярность напряжений открытия-закрытия.

Для этого просто меняем щупы мультиметра местами. Еще раз по-быстрому: Берем тестер на режиме проверки диодов. Кладем транзистор на стол лицом к себе, ноги в воздухе, ничего не касаются. Щупы тестера ставим так: минус в правую ногу, а плюс в левую. Это откроет транзистор. Плюс переносим на среднюю ногу.

Тестер должен показать минимальное падение напряжения (около 10-50 мВ). (В случае мультиметра – показывает около 0, что-то типа “002”) Теперь плюс на правую ногу, а минусом на левую. Это закроет транзистор. Тестер показывает бесконечность. И опять плюс на среднюю ногу, а минус на правую. Тестер показывает бесконечность. (Минус на среднюю ногу, плюс на правую – показывает что-то около 500 – это встроенный диод, защитный, присутствует в большинстве мощных мосфетов).

транзисторпроверка

На этом сайте не используются файлы cookie, соглашаясь вы предоставите возможность принимать файли куки подробнее

Панорамный вид самых модных биосенсоров на основе полевых транзисторов (FET) – Материаловедение, Индия

Jaymin Ray

Физический факультет, Университет Ука Тарсадия, Бардоли, р-н. Сурат, Гуджарат, Индия

Автор, ответственный за переписку Электронная почта: : [email protected]

DOI : http://dx.doi.org/10.13005/msri/1

История публикации статьи

7 : 06 июля 2022 г.

Статья принята : 12 июля 2022 г.
Опубликованная статья: 12 июля 2022
Проверка плагиата: Да
Окончательное одобрение: Доктор Сатьябрата JIT
Метрики статьи
Копия. , Панорамный вид самых популярных биосенсоров на основе полевых транзисторов (FET). Мат. науч. Рез. Индия; 19(2).

Скопируйте следующее, чтобы процитировать этот URL:
Рэй Дж. Панорама самых модных биосенсоров на основе полевых транзисторов (FET). Мат. науч. Рез. Индия; 19(2). Доступно по адресу: https://bit.ly/3P2JE6W
.

Биосенсоры широко используются в различных областях с момента их создания Кларком и др. в 1962 году, включая диагностику рака, обнаружение токсинов, анализ продуктов питания, прогнозирование состояния здоровья и т. д. ^1-5 . Биологический рецептор и физико-химический преобразователь обычно объединяются в биосенсоры, аналитические устройства, которые преобразуют биологические реакции в электрические сигналы. В то время как последний переводит ответы из биохимической области, как правило, концентрации аналита, в химический или физический выходной сигнал с заданной чувствительностью, первый передает сигнал из области вывода системы биораспознавания, часто в электрическую область
6 . Биосенсоры на полевых транзисторах (Bio-FET), которые сочетают в себе ионно-чувствительные полевые транзисторы (ISFET) с биорецепторами, стали наиболее развитыми вариантами среди многочисленных типов биосенсоров благодаря ряду преимуществ.
Интерпретация и трансляция являются ключевыми факторами в каждом биосенсоре, и это можно сделать с помощью соответствующего био/полубиоматериала.
Два наиболее распространенных наноматериала, которые особенно интересуют ученых, основаны на углероде (графен и углеродные нанотрубки, или УНТ), а также на кремнии (кремниевая нанопроволока, или SiNW). Поскольку кремниевая нанопроволока удобна для массового производства в полупроводниковой промышленности, было показано, что она обладает высокой чувствительностью для обнаружения без использования меток и в режиме реального времени ^7,8 .
С момента своего изобретения графен, один из стандартных материалов, слишком часто использовался для биосенсоров на полевых транзисторах. Тем не менее, до сих пор внимание было сосредоточено на достижениях графеновых полевых транзисторов (GFET) в качестве нанопреобразователей. Новый тип биосенсора GFET, использующий графеновую пену в качестве электрического канала для обнаружения аденозинтрифосфата (АТФ). Пористые/полые структуры трехмерного (3D) графена и Al
2 O ₃ со встроенным каналом из восстановленного оксида графена (rGO) являются очень распространенной структурой графена в области биосенсоров. Наиболее эффективным среди rGo и 3D-графена является полевой транзистор с нанопорами (nexFET), разработанный командой Рена, который обеспечивает улучшенную молекулярную пропускную способность, улучшенное отношение сигнал/шум и повышенную селективность за счет функционализации с имплантированным рецептором 9.0059 9,10

. Безусловно, исключительные качества графена, в том числе высокая электропроводность, высокая подвижность носителей и широкая удельная площадь, сделали его подходящим материалом для различных сенсорных платформ. Биосенсоры на полевых транзисторах на основе графена могут обнаруживать изменения поверхности по сравнению с окружающей средой и предлагают наилучшую среду для сверхчувствительного обнаружения с низким уровнем шума. Это делает технологию полевых транзисторов на основе графена особенно привлекательной для использования в тонкой иммунологической диагностике.

В период пандемии весь мир хочет точно и в кратчайшие сроки обнаружить новый вирус короны (COVID-19). Для быстрой и надежной диагностики COVID-19 необходимы высокочувствительные иммунологические методы диагностики, которые могут напрямую идентифицировать вирусные антигены в клинических образцах без процессов подготовки образцов. В эту эпоху биосенсоры на основе FET достигли своего апогея и демонстрируют многообещающие и надежные данные для обнаружения вируса короны. Обнаружение вируса SARS-CoV-2 с помощью биосенсорного устройства на основе графена, функционализированного шиповидным антителом против SARS-CoV-2 (COVID-19FET-датчик). С помощью N-гидроксисукцинимидного эфира 1-пиренмасляной кислоты (PBASE), эффективного агента согласования интерфейса, используемого в качестве линкера зонда, шиповидное антитело против SARS-CoV-2 было установлено на сконструированное устройство, способное обнаруживать SARS-CoV-2. антигенный белок с пределом обнаружения (LOD) 1 фг/мл ¹¹ .
SARS-CoV-2 — высокоинфекционный вирус, который в настоящее время широко циркулирует по всему миру. В отличие от SARS и MERS, COVID-19 распространяется значительно быстрее. Кроме того, сообщения о бессимптомном течении COVID-19передачи всплыли. В такой ситуации требуется первичное и быстрое обнаружение, которое возможно с помощью теста полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией в реальном времени (RT-PCR). В наши дни ОТ-ПЦР очень часто доступна по очень доступной цене. Такое устройство с культивированием вируса SARS-CoV-2 также не продемонстрировало измеримой перекрестной реакции с антигеном MERS-CoV, что также является обязательным условием для сенсора COVID. В дополнение к этому характеристики графена позволяют настраивать его для различных целей, включая биосенсоры, датчики газа, конденсаторы, солнечные элементы и т. д.
Ссылки
Clark, L.C., Jr.; Лайонс, К., Энн. Н. Я. акад. науч. 1962, 102, 29–45.
CrossRef
Тотхилл, И.Е. Семин. Сотовый Дев. биол., 2009, 20, 55–62.
CrossRef
Лиглер Ф.С.; Тейт, CR; Шрайвер-Лейк, LC; Сапсфорд, К.Е.; Шубин, Ю.; Golden, JP, Anal. Биоанал. хим. 2003, 377, 469–477.
CrossRef
Банни, Дж.; Уильямсон, С.; Аткин, Д .; Жаннере, М .; Коццолино, Д.; Чепмен, Дж.; Власть, А .; Чандра, С., Curr. Рез. Нутр. Еда. науч. 2017, 5, 83–95.
CrossRef
Пантелопулос, А.; Бурбакис, Н.Г., IEEE Trans. Сист. Человек Киберн. Сист. 2010, 40, 1–12.
CrossRef
Тевенот, Д.Р.; Тот, К.; Дерст, Р.А.; Уилсон, Г.С., Biosens. Биоэлектрон. 2001, 16, 121–131.
CrossRef
Цуй, Ю.; Вэй, В.; Парк, Х .; Либер, К.М., Science 2001, 293, 1289–1292.
CrossRef
Чжэн, Г.; Патольский, Ф .; Цуй, Ю .; Ван, В.У.; Lieber, C.M., Nat. Биотехнолог. 2005, 23, 1294–1301.
CrossRef
Рен, Р.; Чжан, Ю .; Надаппурам, Б.П.; Акпинар, Б .; Кленерман, Д.; Иванов, А.П.; Эдель, Дж. Б.; Корчев, Ю. Нац. коммун. 2017, 8, 586.
CrossRef
Сингх, Нихал; Калотра, Панкадж; Шривастава, Субодх; Шарма, С.С., Передовые науки, инженерия и медицина, 2019, 11 (1-2) 92-94
CrossRef
Гиван Сео, Гонхи Ли, Ми Чжон Ким, Сын-Хва Пэк, Минсук Чой, Кеун Бон Ку, Чанг- Соп Ли, Сангми Джун, Дэуи Пак, Хон Ги Ким, Сон-Джун Ким, Чон-О Ли, Бум Тэ Ким, Эдмонд Чангюн Пак и Сын Иль Ким, ACS Nano 2020, 14(4), 5135–5142
CrossRef

Это произведение находится под лицензией Creative Commons Attribution 4. 0 International License.
Уроки электрических цепей — Том III (Полупроводники)
Уроки электрических цепей — Том III (Полупроводники) — Глава 5
Введение
Транзистор в качестве переключателя
Проверка транзистора с помощью счетчика0132
Усилитель с общим приводом-ожидающий
Усилитель обыкновенного заграды-ожидающий
Трансмист-
Transist Rate Rate и пакеты 9089
Transist Rate Rate Rate и пакеты 9089
Transist Rate Rate и пакеты 9089
. — ОЖИДАНИЕ
*** НЕПОЛНЫЙ ***
Транзистор представляет собой линейное полупроводниковое устройство, которое управляет током с применением электрического сигнала меньшей мощности. Транзисторы можно условно разделить на две основные группы: биполярный и полевой . В предыдущей главе мы изучали биполярные транзисторы, которые используют небольшой ток для управления большим током. В этой главе мы познакомим вас с общей концепцией полевого транзистора — устройства, использующего небольшое напряжение для управления током, — а затем сосредоточимся на одном конкретном типе: полевом транзисторе с переходом . В следующей главе мы рассмотрим другой тип полевого транзистора — с изолированным затвором 9.сорт 0178.
Все полевые транзисторы однополярные , а не биполярные приборы. То есть основной ток через них состоит либо из электронов через полупроводник N-типа, либо из дырок через полупроводник P-типа. Это становится более очевидным, если посмотреть на физическую схему устройства:
В переходном полевом транзисторе, или JFET, управляемый ток проходит от истока к стоку или от стока к истоку, в зависимости от обстоятельств. Управляющее напряжение подается между затвором и истоком. Обратите внимание, что ток не должен пересекать PN-переход на пути между истоком и стоком: путь (называемый канал ) представляет собой неразрывный блок из полупроводникового материала. На только что показанном изображении этот канал представляет собой полупроводник N-типа. Также производятся канальные полевые транзисторы P-типа:
Как правило, N-канальные JFET используются чаще, чем P-канальные. Причины этого связаны с неясными подробностями теории полупроводников, которые я не хотел бы обсуждать в этой главе. Как и в случае с биполярными транзисторами, я считаю, что лучший способ представить использование полевых транзисторов — это по возможности избегать теории и вместо этого сосредоточиться на рабочих характеристиках. Единственная практическая разница между N- и P-канальными полевыми транзисторами JFET, о которой вам следует сейчас побеспокоиться, — это смещение PN-перехода, образованного между материалом затвора и каналом.
При отсутствии напряжения между затвором и истоком канал представляет собой широко открытый путь для движения электронов. Однако, если между затвором и истоком подается напряжение такой полярности, что оно смещает PN-переход в обратном направлении, поток между соединениями истока и стока становится ограниченным или регулируемым, как это было для биполярных транзисторов с установленным значением тока базы. . Максимальное напряжение затвор-исток «отсекает» весь ток через исток и сток, тем самым переводя JFET в режим отсечки. Такое поведение связано с тем, что обедненная область PN-перехода расширяется под действием напряжения обратного смещения, в конечном итоге занимая всю ширину канала, если напряжение достаточно велико. Это действие можно сравнить с уменьшением потока жидкости через гибкий шланг путем его сдавливания: при достаточном усилии шланг сожмется настолько, что полностью перекроет поток.
Обратите внимание, что это рабочее поведение прямо противоположно биполярному переходному транзистору. Биполярные транзисторы — это нормально закрытые устройства: нет тока через базу, нет тока через коллектор или эмиттер. JFET, с другой стороны, представляют собой нормально включенных устройств : отсутствие напряжения, подаваемого на затвор, обеспечивает максимальный ток через исток и сток. Также обратите внимание, что величина тока, допустимого через JFET, определяется сигнал напряжения , а не ток сигнала , как с биполярными транзисторами. Фактически, при обратном смещении PN-перехода затвор-исток ток через затвор должен быть почти нулевым. По этой причине мы классифицируем JFET как устройство , управляемое напряжением , а биполярный транзистор как устройство , управляемое током .
Если PN-переход затвор-исток смещен в прямом направлении с небольшим напряжением, канал JFET «откроется» немного больше, чтобы пропустить большие токи. Однако PN-переход полевого транзистора JFET сам по себе не рассчитан на то, чтобы выдерживать какой-либо значительный ток, и поэтому ни при каких обстоятельствах не рекомендуется смещать переход в прямом направлении.
Это очень сжатый обзор работы JFET. В следующем разделе мы рассмотрим использование полевого транзистора JFET в качестве переключающего устройства.
Как и его биполярный родственник, полевой транзистор можно использовать в качестве переключателя включения/выключения, управляющего подачей электроэнергии на нагрузку. Давайте начнем наше исследование JFET как переключателя с нашей знакомой схемы переключатель/лампа:
Помня, что управляемый ток в JFET течет между истоком и стоком, мы заменяем соединения истока и стока JFET на два конца переключателя в приведенной выше схеме:
Если вы еще не заметили, соединения истока и стока на полевом транзисторе JFET на схеме выглядят одинаково. В отличие от транзистора с биполярным переходом, где эмиттер четко отделен от коллектора стрелкой, линии истока и стока JFET проходят перпендикулярно полосе, представляющей полупроводниковый канал. Это не случайно, так как линии истока и стока JFET на практике часто взаимозаменяемы! Другими словами, полевые транзисторы JFET обычно способны обрабатывать ток канала в любом направлении, от истока к стоку или от стока к истоку.
Теперь все, что нам нужно в схеме, — это способ управления проводимостью полевого транзистора. При нулевом приложенном напряжении между затвором и истоком канал полевого транзистора будет «открыт», пропуская полный ток к лампе. Чтобы выключить лампу, нам нужно будет подключить другой источник постоянного напряжения между соединениями затвора и истока JFET следующим образом:
Замыкание этого переключателя «защемит» канал JFET, тем самым принудительно отключив его и выключив лампу:
Обратите внимание, что ток через затвор не течет. Как PN-переход с обратным смещением, он твердо препятствует прохождению через него любых электронов. Как устройство, управляемое напряжением, JFET требует незначительного входного тока. Это выгодное свойство JFET по сравнению с биполярным транзистором: для управляющего сигнала требуется практически нулевая мощность.
Повторное размыкание управляющего ключа должно отключить постоянное напряжение обратного смещения от затвора, что позволит транзистору снова включиться. В идеале, во всяком случае, так это работает. На практике это может вообще не работать:
Почему это? Почему канал JFET снова не открывается и не пропускает ток лампы, как это было раньше, без напряжения между затвором и истоком? Ответ заключается в работе перехода затвор-исток с обратным смещением. Область истощения внутри этого соединения действует как изолирующий барьер, отделяющий ворота от источника. Таким образом, он обладает определенной емкостью , способной накапливать потенциал электрического заряда. После того, как этот переход был принудительно смещен в обратном направлении приложением внешнего напряжения, он будет стремиться удерживать это напряжение обратного смещения в виде накопленного заряда даже после того, как источник этого напряжения был отключен. Что необходимо, чтобы снова включить JFET, так это стравить накопленный заряд между затвором и истоком через резистор:
Значение этого резистора не очень важно. Емкость перехода затвор-исток полевого транзистора JFET очень мала, и поэтому даже довольно большой стабилизирующий резистор создает быструю постоянную времени RC, позволяя транзистору возобновить проводимость с небольшой задержкой после размыкания ключа.
Как и в случае с биполярным транзистором, не имеет большого значения, откуда и от чего поступает управляющее напряжение. Мы могли бы использовать солнечный элемент, термопару или любое другое устройство, генерирующее напряжение, для подачи напряжения, управляющего проводимостью JFET. Все, что требуется от источника напряжения для работы переключателя JFET, это достаточное напряжение для отсечки канала JFET. Этот уровень обычно составляет несколько вольт постоянного тока и называется отсечкой или отсечкой . Точное напряжение отсечки для любого данного полевого транзистора зависит от его уникальной конструкции и не является универсальным значением, как 0,7 вольта для напряжения перехода база-эмиттер кремниевого биполярного транзистора.
ОБЗОР:
Полевые транзисторы управляют током между соединениями истока и стока с помощью напряжения, приложенного между затвором и истоком. В переход полевой транзистор (JFET), имеется PN переход между затвором и истоком, который обычно имеет обратное смещение для управления током исток-сток.
JFET являются нормально включенными (нормально насыщенными) устройствами. Приложение напряжения обратного смещения между затвором и истоком вызывает расширение обедненной области этого перехода, тем самым «пережимая» канал между истоком и стоком, по которому течет управляемый ток.
Возможно, потребуется подключить «отводящий» резистор между затвором и истоком, чтобы разрядить накопленный заряд, накопленный на естественной емкости перехода, когда управляющее напряжение снято. В противном случае может остаться заряд, чтобы удерживать JFET в режиме отсечки даже после отключения источника напряжения.
Проверка JFET с помощью мультиметра может показаться относительно простой задачей, учитывая, что у него есть только один PN-переход для проверки: либо измеренный между затвором и истоком, либо между затвором и стоком.
Однако проверка непрерывности канала сток-исток — это другой вопрос. Помните из предыдущего раздела, как накопленный заряд на емкости PN-перехода затвор-канал может удерживать JFET в пережатом состоянии без приложения к нему какого-либо внешнего напряжения? Это может произойти, даже если вы держите JFET в руке, чтобы проверить его! Следовательно, любое показание счетчика непрерывности через этот канал будет непредсказуемым, поскольку вы не обязательно знаете, накапливается ли заряд соединением затвор-канал. Конечно, если вы заранее знаете, какие клеммы на устройстве являются затвором, истоком и стоком, вы можете подключить перемычку между затвором и истоком, чтобы устранить накопленный заряд, а затем без проблем приступить к проверке непрерывности исток-сток. Однако, если вы не знаете, какие терминалы какие, непредсказуемость соединения исток-сток может запутать ваше определение идентичности терминала.
Хорошей стратегией, которой следует следовать при тестировании JFET, является вставка контактов транзистора в антистатическую пену (материал, используемый для транспортировки и хранения чувствительных к статическому электричеству электронных компонентов) непосредственно перед тестированием. Проводимость пены создаст резистивное соединение между всеми клеммами транзистора, когда он вставлен. Это соединение гарантирует, что все остаточное напряжение, накопленное на PN-переходе затвор-канал, будет нейтрализовано, тем самым «открывая» канал для точного измерения непрерывности исток-сток.
Поскольку канал JFET представляет собой единый непрерывный кусок полупроводникового материала, между выводами истока и стока обычно нет разницы. Проверка сопротивления от истока к стоку должна дать то же значение, что и проверка от стока к истоку. Это сопротивление должно быть относительно низким (не более нескольких сотен Ом), когда напряжение PN-перехода затвор-исток равно нулю. При подаче напряжения обратного смещения между затвором и истоком отключение канала должно быть заметно по увеличенному показанию сопротивления на измерителе.
JFET, как и биполярные транзисторы, способны «дросселировать» ток в режиме между отсечкой и насыщением, называемом активным режимом . Чтобы лучше понять работу JFET, давайте настроим симуляцию SPICE, аналогичную той, которая использовалась для изучения основных функций биполярного транзистора:
симуляция jfet Вин 0 1 DC 1 j1 2 1 0 мод1 амперметр 3 2 пост. тока 0 v1 3 0 постоянный ток . модель mod1 njf .dc v1 0 2 0,05 .plot dc i (вамметр) .конец
Обратите внимание, что транзистор с маркировкой «Q ₁» на схеме представлен в списке соединений SPICE как j1. Хотя все типы транзисторов обычно обозначаются в принципиальных схемах как устройства «Q» — точно так же, как резисторы обозначаются буквой «R», а конденсаторы — буквой «С», SPICE необходимо указать, какой это тип транзистора. означает другое буквенное обозначение: q для биполярных переходных транзисторов и j для переходных полевых транзисторов.

Здесь управляющий сигнал представляет собой постоянное напряжение 1 вольт, приложенное отрицательным к затвору JFET и положительным к истоку JFET для обратного смещения PN-перехода. В первом моделировании BJT в главе 4 для управляющего сигнала использовался источник постоянного тока 20 мкА, но помните, что JFET — это устройство , управляемое напряжением, а не устройство, управляемое током, как биполярный транзистор.
Как и BJT, JFET имеет тенденцию регулировать управляемый ток на фиксированном уровне выше определенного напряжения источника питания, независимо от того, насколько высоко это напряжение может подняться. Конечно, это регулирование тока имеет ограничения в реальной жизни — ни один транзистор не может выдержать бесконечное напряжение от источника питания — и при достаточном напряжении сток-исток транзистор «сломается», и ток стока будет резко возрастать. Но в нормальных рабочих пределах JFET поддерживает ток стока на постоянном уровне независимо от напряжения питания. Чтобы убедиться в этом, мы запустим еще одно компьютерное моделирование, на этот раз измерив напряжение источника питания (В ₁ ) вплоть до 50 вольт:
симуляция jfet Вин 0 1 DC 1 j1 2 1 0 мод1 амперметр 3 2 пост. тока 0 v1 3 0 постоянный ток .модель mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i (вамметр) .конец

Конечно же, ток стока остается постоянным на уровне 100 мкА (1000E-04 ампера) независимо от того, насколько высоко регулируется напряжение источника питания.
Поскольку входное напряжение контролирует сужение канала JFET, имеет смысл, что изменение этого напряжения должно быть единственным действием, способным изменить точку регулирования тока для JFET, точно так же, как изменение базового тока на BJT является единственным действием. возможность изменения регулирования тока коллектора. Давайте уменьшим входное напряжение с 1 вольта до 0,5 вольта и посмотрим, что произойдет:
симуляция jfet вин 0 1 постоянный ток 0,5 j1 2 1 0 мод1 амперметр 3 2 пост. тока 0 v1 3 0 постоянный ток .модель mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i (вамметр) .конец

Как и ожидалось, ток стока теперь больше, чем в предыдущем моделировании. При меньшем напряжении обратного смещения, приложенном к переходу затвор-исток, область обеднения не такая широкая, как раньше, что «открывает» канал для носителей заряда и увеличивает значение тока стока.
Однако обратите внимание на фактическое значение этого нового значения тока: 225 мкА (2,250E-04 ампер). Последняя симуляция показала ток стока 100 мкА при напряжении затвор-исток 1 вольт. Теперь, когда мы уменьшили управляющее напряжение в 2 раза (с 1 вольта до 0,5 вольта), ток стока увеличился, но не в той же пропорции 2:1! Давайте еще раз уменьшим напряжение затвор-исток еще в 2 раза (до 0,25 В) и посмотрим, что произойдет:
симуляция jfet вин 0 1 постоянный ток 0,25 j1 2 1 0 мод1 амперметр 3 2 пост. тока 0 v1 3 0 постоянный ток .модель mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i (вамметр) .конец

При напряжении затвор-исток, установленном на 0,25 В, вдвое меньше, чем раньше, ток стока составляет 306,3 мкА. Хотя это все еще больше по сравнению с 225 мкА по сравнению с предыдущим моделированием, это не пропорциональна изменению управляющего напряжения.
Чтобы лучше понять, что здесь происходит, мы должны запустить другой тип моделирования: тот, который поддерживает постоянное напряжение источника питания и вместо этого изменяет управляющий сигнал (напряжение). Когда такое моделирование выполнялось на биполярном транзисторе, результатом был прямолинейный график, показывающий, насколько линейна зависимость входного/выходного тока биполярного транзистора. Давайте посмотрим, какие отношения демонстрирует JFET:
симуляция jfet вин 0 1 дк j1 2 1 0 мод1 амперметр 3 2 пост. тока 0 v1 3 0 dc 25 .модель mod1 njf .dc вин 0 2 0.1 .plot dc i (вамметр) .конец

Это моделирование напрямую раскрывает важную характеристику переходного полевого транзистора: эффект управления напряжением затвора над током стока составляет нелинейный . Обратите внимание, что ток стока не уменьшается линейно при увеличении напряжения затвор-исток. В транзисторе с биполярным переходом ток коллектора был прямо пропорционален току базы: выходной сигнал пропорционально следовал за входным сигналом. Не так с JFET! Управляющий сигнал (напряжение затвор-исток) оказывает все меньшее влияние на ток стока по мере приближения к отсечке. В этой симуляции большая часть управляющего воздействия (снижение тока стока на 75 процентов — с 400 мкА до 100 мкА) происходит в пределах первого вольта напряжения затвор-исток (от 0 до 1 вольта), в то время как оставшиеся 25 процентов Снижение тока стока требует еще целого вольта входного сигнала. Отсечка происходит при входном напряжении 2 вольта.
Линейность, как правило, важна для транзистора, потому что она позволяет ему точно усиливать форму волны, не искажая ее. Если транзистор имеет нелинейное усиление на входе/выходе, форма входного сигнала будет каким-то образом искажена, что приведет к возникновению гармоник в выходном сигнале. Единственная временная линейность , а не важна в транзисторной схеме, когда она работает в крайних пределах отсечки и насыщения (включается и выключается, как переключатель).
Характеристические кривые JFET демонстрируют такое же поведение регулирования тока, как и для BJT, а нелинейность между напряжением затвор-исток и током стока проявляется в непропорциональном вертикальном расстоянии между кривыми:
Чтобы лучше понять токорегулирующее поведение JFET, может быть полезно нарисовать модель, состоящую из более простых, более распространенных компонентов, как мы сделали для BJT:
В случае JFET это напряжение на диоде затвор-исток с обратным смещением, которое устанавливает точку регулирования тока для пары диодов постоянного тока. В модель включена пара противоположных диодов постоянного тока, чтобы облегчить ток в любом направлении между истоком и стоком, что стало возможным благодаря однополярному характеру канала. При отсутствии PN-переходов для прохождения тока исток-сток в управляемом токе отсутствует чувствительность к полярности. По этой причине JFET часто называют двусторонние устройства .
Сравнение характеристических кривых JFET с кривыми для биполярного транзистора показывает заметную разницу: линейная (прямая) часть области насыщения каждой кривой (негоризонтальная область) удивительно длинная по сравнению с соответствующими частями характеристических кривых BJT:
Транзистор JFET в состоянии насыщения имеет тенденцию вести себя очень похоже на простой резистор, если измерять его от стока до истока. Как и у всех простых сопротивлений, его график ток/напряжение представляет собой прямую линию. По этой причине участок насыщения (негоризонтальный) характеристической кривой JFET иногда называют омическая область . В этом режиме работы, когда напряжения сток-исток недостаточно, чтобы довести ток стока до регулируемой точки, ток стока прямо пропорционален напряжению сток-исток. В тщательно спроектированной схеме это явление можно использовать с пользой. Работая в этой области кривой, полевой транзистор JFET действует как управляемый напряжением резистор , а не управляемый напряжением регулятор тока , и подходящая модель для транзистора отличается:
Здесь и только здесь реостатная (переменный резистор) модель транзистора является точной. Следует, однако, помнить, что эта модель транзистора справедлива только для узкого диапазона его работы: когда он крайне насыщен (напряжение между стоком и истоком гораздо меньше, чем необходимо для достижения полного регулируемого тока через сток ). Величина сопротивления (измеряемая в омах) между стоком и истоком в этом режиме определяется величиной напряжения обратного смещения между затвором и истоком. Чем меньше напряжение затвор-исток, тем меньше сопротивление (более крутая линия на графике).
Поскольку полевые транзисторы JFET представляют собой регуляторы тока, управляемые напряжением (по крайней мере, когда им разрешено работать в активном режиме, а не в режиме насыщения), присущий им коэффициент усиления не может быть выражен в виде безразмерного отношения, как в биполярных транзисторах. Другими словами, для JFET не существует коэффициента β. Это верно для всех активных устройств, управляемых напряжением, включая другие типы полевых транзисторов и даже электронных ламп. Однако существует зависимость управляемого тока (стока) от управляющего напряжения (затвор-исток), и оно называется крутизна . Его единицей является Сименс, та же единица измерения проводимости (ранее известная как мхо ).
Почему такой выбор единиц измерения? Потому что уравнение принимает общий вид тока (выходной сигнал), деленного на напряжение (входной сигнал).
К сожалению, значение крутизны для любого JFET не является стабильной величиной: оно значительно меняется в зависимости от величины управляющего напряжения затвор-исток, приложенного к транзистору. Как мы видели при моделировании SPICE, ток стока не изменяется пропорционально изменению напряжения затвор-исток. Для расчета тока стока при любом заданном напряжении затвор-исток можно использовать другое уравнение. При осмотре он явно нелинейный (обратите внимание на степень двойки), отражая нелинейное поведение, которое мы уже испытали при моделировании:
ОБЗОР:
В своих активных режимах полевые транзисторы JFET регулируют ток стока в соответствии с величиной напряжения обратного смещения, приложенного между затвором и истоком, подобно тому, как BJT регулирует ток коллектора в соответствии с током базы. Математическое соотношение между током стока (выход) и напряжением затвор-исток (вход) называется крутизной и измеряется в единицах Сименс.
Зависимость между напряжением затвор-исток (управляющим) и током стока (управляемым) нелинейна: по мере уменьшения напряжения затвор-исток ток стока увеличивается экспоненциально. Другими словами, крутизна JFET не является постоянной во всем диапазоне его работы.
В режимах насыщения полевые транзисторы JFET регулируют сопротивление сток-исток в соответствии с величиной напряжения обратного смещения, приложенного между затвором и истоком. Другими словами, они действуют как сопротивления, управляемые напряжением.
*** ОЖИДАНИЕ ***
ОБЗОР:
*** ОЖИДАНИЕ ***
ОБЗОР:
*** ОЖИДАНИЕ ***
ОБЗОР:
*** ОЖИДАНИЕ ***
ОБЗОР:
*** ОЖИДАНИЕ ***
ОБЗОР:
*** ОЖИДАНИЕ ***
ОБЗОР:

Lessons In Electric Circuits авторское право (C) 2000-2006 Тони Р. Купхальдт, в соответствии с положениями и условиями лицензии Design Science License.
VTFET: новая революционная архитектура микросхем IBM
IBM Research в сотрудничестве с Samsung, партнером по Albany Research Alliance, совершила прорыв в разработке полупроводников, названный VTFET, который может помочь изменить полупроводниковую промышленность на долгие годы.
Еще в 1965 году ученый-компьютерщик Гордон Мур впервые выдвинул гипотезу о том, что количество транзисторов и других компонентов в плотной интегральной схеме будет удваиваться, а также удваивать скорость и мощность компьютеров примерно каждые два года. Но более 55 лет спустя количество транзисторов, которые можно втиснуть в один чип, практически достигло своего предела.
В то же время путь вычислительных систем не замедляется. Динамические системы искусственного интеллекта способны улучшить многие аспекты нашей жизни — от безопасности дорожного движения до разработки лекарств и передового производства — что в будущем потребуются значительно более мощные чипы. Чтобы продолжить прогресс в скорости и вычислительной мощности, о котором говорил Мур, нам потребуется создавать чипы со 100 миллиардами транзисторов.
IBM Research в сотрудничестве с Samsung, партнером по исследовательскому альянсу Albany, совершила прорыв в разработке полупроводников: наш новый подход, названный полевым транзистором с вертикальным переносом нанолистов, или VTFET, может помочь сохранить закон Мура в силе на долгие годы.
VTFET (Vertical-Transport Nanosheet Field Effect Transistor) пластина
VTFET переосмысливает границы закона Мура — в новом измерении
или finFET (получивший свое название из-за того, что кремниевый корпус напоминает задний плавник рыбы), в котором транзисторы располагаются вдоль поверхности пластины. С другой стороны, VTFET размещает транзисторы перпендикулярно кремниевой пластине и направляет ток вертикально к поверхности пластины. Этот новый подход устраняет барьеры масштабирования, ослабляя физические ограничения на длину затвора транзистора, толщину прокладки и размер контакта, чтобы можно было оптимизировать каждую из этих характеристик; либо по производительности, либо по энергопотреблению.
Брент Андерсон, архитектор и руководитель программы VTFET, и Хемант Джаганнатан, технолог аппаратного обеспечения VTFET и главный научный сотрудник, держат пластину возле своей лаборатории. Авторы и права: Конни Чжоу
С помощью VTFET нам удалось успешно продемонстрировать, что можно исследовать масштабирование за пределами технологии нанолистов в конструкции полупроводников КМОП. В этих передовых узлах можно использовать VTFET для обеспечения двукратного увеличения производительности или до 85-процентного снижения энергопотребления по сравнению с масштабируемой альтернативой finFET. ¹
Новая архитектура VTFET демонстрирует возможность продолжения масштабирования за пределы нанолиста. В мае мы объявили о дизайне 2-нанометровых узловых микросхем, которые позволят разместить до 50 миллиардов транзисторов на площади размером с ноготь. VTFET продолжает инновационный путь и открывает двери новым возможностям.
Наглядное сравнение того, как устроены VTFET (слева) и боковой полевой транзистор (справа) с протекающим через них током.
Найти больше места
В прошлом разработчики помещали в микросхему больше транзисторов за счет уменьшения шага затвора и шага разводки. Физическое пространство, в котором помещаются все компоненты, называется шагом контактных ворот (CGP). Возможность уменьшить шаг затвора и разводки позволила разработчикам интегральных схем перейти от тысяч к миллионам и миллиардам транзисторов в наших устройствах. Но с самыми передовыми технологиями finFET места для проставок, затворов и контактов не так много. Как только вы достигли предела CGP, у вас закончилось место. 9Конфигурация полевого транзистора 0005 со слоями, расположенными горизонтально на пластине. Изолирующие затворы, показанные синим цветом, необходимы для изоляции соседних цепей, что приводит к нерациональному использованию пространства. Новая конфигурация VFET со слоями, расположенными вертикально на пластине, значительно улучшает масштабирование плотности за счет уменьшения шага затвора и устранения фиктивных изолирующих затворов.
Благодаря вертикальной ориентации потока электрического тока затворы, пространства и контакты больше не ограничены традиционными способами: у нас есть пространство для масштабирования CGP при сохранении исправного размера транзистора, контакта и изоляции (прокладка и неглубокая траншейная изоляция, STI). Избавившись от ограничений поперечного расположения и протекания тока, мы смогли использовать более крупные контакты исток/сток для увеличения тока в устройстве. Длина затвора может быть выбрана для оптимизации тока и утечки возбуждения устройства, а толщина прокладки может быть независимо оптимизирована для снижения емкости. Нам больше не нужно искать компромисс между затвором, прокладкой и размером контактов, что может привести к повышению скорости переключения и снижению энергопотребления.
Работа в лаборатории Олбани. Авторы и права: Connie Zhou
Еще одна ключевая особенность VTFET — возможность использовать STI для изоляции соседних цепей для достижения изоляции с нулевым диффузионным разрывом (ZDB) без потери шага активного затвора. Для сравнения, на плотность схем полевых транзисторов с поперечным транспортом влияют двойные или однократные диффузионные разрывы, необходимые для изоляции схемы, что влияет на возможность дальнейшего сокращения технологии.
Новый взгляд на будущее дизайна микросхем
Работа в лаборатории Олбани. Кредит: Конни Чжоу
Еще десять лет назад мы могли видеть, что латеральные архитектуры достигают пределов масштабирования при агрессивном шаге затвора: практически каждый из компонентов устройства приближался к пределам масштабирования. Мы хотели найти другие пути, которые могли бы сломать эти барьеры, и наша мотивация никогда не менялась. Нашей целью всегда было производство конкурентоспособного устройства для технологий будущего.
Благодаря шагу затвора, более агрессивному, чем что-либо известное в производстве, и логическим КМОП-транзисторам с шагом затвора менее 45 нм на объемных кремниевых пластинах, мы считаем, что конструкция VTFET представляет собой огромный шаг вперед к созданию транзисторов следующего поколения, которые позволят тенденция к более компактным, более мощным и энергоэффективным устройствам в ближайшие годы.