Разновидности и режимы работы полевых транзисторов

Разновидности и режимы работы полевых транзисторов

 

Полевыми транзисторами (ПТ) называются полупроводниковые приборы, которые в отличие от обычных биполярных транзисторов управляются электрическим полем, т.е.

 

практически без затраты мощности управляющего сигнала. В англоязычной литературе эти транзисторы называют транзисторами типа FET (FieldEffectTransistor).

Различают шесть различных типов ПТ. Их условные обозначения в электрических схемах представлены на рис.8.1.

Управляющим электродом ПТ является затвор З. Он позволяет управлять величиной сопротивления между стоком С и истоком И (область полупроводника между С и И называют каналом). Управляющим напряжением является напряжение UЗИ. Большинство ПТ являются симметричными, т.е. их свойства почти не изменяются, если их электроды С и И поменять местами. В транзисторах с управляющим переходом затвор отделен от канала СИ p-n переходом. При правильной полярности напряжения UЗИp-n переход запирается, и изолирует затвор от канала; при противоположной полярности он открывается. Для ПТ с управляющим переходом такой режим является запрещенным. 

Рис.8.1. Разновидности полевых транзисторов. 

У ПТ с изолированным затвором, или МОП транзисторов (МОП – металл-оксид-полупроводник) затвор отделен от канала СИ тонким слоем диэлектрика. При таком исполнении транзистора ток через затвор не будет протекать при любой полярности напряжения на затворе. Входные сопротивления ПТ с управляющим переходом составляют от 1010 до 1013 Ом, а для МОП транзисторов – от 1013 до 1015 Ом. В МОП транзисторах присутствует четвертый вывод от так называемой подложки. Этот электрод, как и затвор, может выполнять управляющие функции, но он отделен от канала только p-n переходом. Управляющие свойства подложки обычно не используются, а ее вывод соединяют с выводом истока.

Аналогично делению биполярных транзисторов на p-n-p и n-p-n-транзисторы, полевые транзисторы делятся на p-канальные и n-канальные. У n-канальных ПТ ток канала становится тем меньше, чем меньше потенциал затвора. У p-канальных ПТ наблюдается обратное явление.

Типовые передаточные характеристики ПТ приведены на рис. 8.2. Пользуясь этими характеристиками, можно установить полярность управляющего напряжения, направление тока в канале и диапазон управляющего напряжения.

Рассмотрим некоторые особенности этих характеристик. Все характеристики ПТ с каналом n-типа расположены в верхней половине графика и, следовательно, имеют положительный ток, что соответствует положительному напряжению на стоке. Наоборот, все характеристики приборов с каналом p-типа расположены в нижней половине графика и, следовательно, имеют отрицательное значение тока и отрицательное напряжение на стоке. Характеристики ПТ с управляющим переходом при нулевом напряжении на затворе имеют максимальное значение тока, которое называется IС НАЧ.При увеличении запирающего напряжения ток стока уменьшается и при напряжении отсечки UОТС становится близким к нулю.

Характеристики МОП транзисторов с индуцированным каналом при нулевом напряжении на затворе имеют нулевой ток. Появление тока стока в таких транзисторах происходит при напряжении на затворе больше порогового значения UПОР. Увеличение напряжения на затворе приводит к увеличению тока стока.

Характеристики МОП транзистора со встроенным каналом при нулевом напряжении на затворе имеют начальное значение тока IС НАЧ.Такие транзисторы могут работать как в режиме обогащения, так и режиме обеднения. При увеличении напряжения на затворе канал обогащается и ток стока растет, а при уменьшении напряжения на затворе канал обедняется и ток стока снижается. 

Рис.8.2. Типовые передаточные характеристики ПТ 

Карта входных и выходных напряжений при заземленном истоке (рис.8.3) помогает разобраться в ситуации.

Различные транзисторы, включая биполярные, нарисованы в квадрантах, характеризующих их входное и выходное напряжение в активной области при заземленном истоке (или эмиттере). При этом вовсе не обязательно запоминать свойства каждого из шести представленных здесь типов ПТ, поскольку они в основном все одинаковы.

Во-первых, при заземленном истоке ПТ включается (переходит в проводящее состояние) путем смещения напряжения затвора в сторону напряжения питания стока. Это верно как для всех видов ПТ, так и для биполярных транзисторов. Например, для n-канального ПТ с управляющим p-n переходом используется положительное напряжение питания стока, как и для всех n-канальных приборов. Таким образом, этот ПТ включается положительным смещением затвора. Во-вторых, в связи с примерной симметрией истока и стока любой из этих выводов может работать как исток. При анализе работа ПТ за исток принимается вывод, наиболее «удаленный» по напряжению от активного питания стока. 

Рис.8.3. Карта входных и выходных полярностей транзисторов. 

         На рис.8.4 приведены выходные вольт-амперные характеристики ПТ с управляющим переходом с каналом n-типа. Характеристики других типов транзисторов имеют аналогичный вид, но отличаются напряжением на затворе и полярностью приложенных напряжений. На этих вольт-амперных характеристиках можно выделить две области: линейную и насыщения.

Рис.8.4. Выходные характеристики ПТ с управляющим переходом и каналом n-типа

 В линейной области вольт-амперные характеристики вплоть до точки перегиба представляют собой прямые линии, наклон которых зависит от напряжения на затворе. В области насыщения вольт-амперные характеристики идут практически горизонтально, что позволяет говорить о независимости тока стока от напряжения на стоке. Особенности этих характеристик обусловливают применение ПТ. В линейной области ПТ используют как сопротивление, управляемое напряжением на затворе, а в области насыщения – как усилительный элемент.

 

Снятие и анализ стоко-затворных и стоковых характеристик полевого транзистора. Определение крутизны характеристики и активной выходной проводимости. — КиберПедия

Навигация: Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Топ: Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства. .. Оснащения врачебно-сестринской бригады. Методика измерений сопротивления растеканию тока анодного заземления: Анодный заземлитель (анод) – проводник, погруженный в электролитическую среду (грунт, раствор электролита) и подключенный к положительному… Интересное: Берегоукрепление оползневых склонов: На прибрежных склонах основной причиной развития оползневых процессов является подмыв водами рек естественных склонов… Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными… Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным… Дисциплины: Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 9Следующая ⇒ Вопросы для самоподготовки 1. Что такое полевой транзистор? 2. Из каких материалов изготавливаются транзисторы? 3. Сколько PN-переходов имеет полевой транзистор? 4. Чем отличаются транзисторы различных типов? 5. Нарисуйте условные графические обозначения транзисторов различных типов. Запишите названия выводов на рисунке. 6. Какие приборы необходимы для снятия характеристик транзистора? 7. Нарисуйте стоко-затворные и стоковые характеристики транзистора. Расскажите о процессах, соответствующих характерным участкам ВАХ. 8. Перечислите основные параметры транзисторов. Охарактеризуйте каждый из них. 9. Как определить крутизну стоко-затворной характеристики и активную выходную проводимость? 10. Поясните особенности работы и область применения полевых транзисторов. Порядок выполнения работы 1. Собрать схему исследования транзистора, изображенную на рисунке 22. Рисунок 22 – Схема для исследования полевого транзистора 2. Нарисовать таблицу для построения стоко-затворных характеристик (Таблица 5). 3. Произвести измерения и занести результаты в таблицу. Таблица 5 – Данные для построения стоко-затворных характеристик 4. Нарисовать таблицу для построения семейства стоковых характеристик (Таблица 6). 5. Произвести измерения и занести результаты в таблицу. Таблица 6 – Данные для построения стоковых характеристик 6. Построить стоко-затворные и стоковые характеристики в координатных осях. 7. Определить необходимые параметры и рассчитать крутизну стоко-затворной характеристики и активную выходную проводимость. 8. Сделать вывод. Работа №5 Исследование усилителя синусоидальных сигналов   Цель работы: Построение и изучение свойств усилителя синусоидальных сигналов. Изучение работы осциллографа. Вопросы для самоподготовки 1. Что такое усилители? Каково их назначение? 2. Как классифицируются усилители? 3. Что такое усилительный каскад? 4. Поясните принципы построения усилительного каскада. 5. Нарисуйте основные схемы усилителей. 6. Как производится расчет элементов усилительного каскада? Какие данные для этого необходимы. 7. Используя характеристики транзистора, построенные при выполнении лабораторной работы №3, рассчитайте усилитель с эмиттерной термостабилизацией, если напряжение питания ЕК=25 В, а IК.max=100 мА. 8. Расскажите о принципах построения многокаскадных усилителей? 9. Назовите режимы работы усилителей. Поясните их особенности. В каких случаях они используются? 10. Опишите назначение элементов различных схем усилителей. Порядок выполнения работы 1. Собрать схему исследования усилителя с эмиттерной термостабилизацией, изображенную на рисунке 23. Рисунок 23 – Схема для исследования усилителя с эмиттерной термостабилизацией 2. Используя результаты расчетов, произведенных при подготовке к работе, установить значения сопротивлений резисторов. Установить сопротивление нагрузки 10 кОм. 3. Установить на генераторе G1 напряжение входного сигнала (определяется при расчете усилителя) с частотой 3 кГц. Установить напряжение G2 равное ЕК. 4. Установить мультиметр на измерение переменного напряжения. 5. Включить схему. 6. Развернуть и настроить осциллограф изменяя чувствительность и длительность развертки. На экране можно наблюдать выходной сигнал (рисунок 24) 7. Изменяя входное напряжение (увеличить и уменьшить в 2 раза), наблюдать изменение формы выходного сигнала. Пояснить причины возникновения искажений Рисунок 24 – Входной сигнал усилителя   8. Установить максимальное входное напряжение, при котором сигнал имеет синусоидальную форму. 9. Используя показания мультиметра определить коэффициент усиления усилителя. Сравнить его с расчетным. 10. Снять АЧХ усилителя в диапазоне от 1 Гц до 20 кГц. 11. Удалить конденсатор С2. 12. Повторно снять АЧХ усилителя. Сравнить полученные результаты. Обратить внимание на изменение напряжения выходного сигнала. 13. Сделать вывод. ⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒ Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого… Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции… Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим… Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)… 

Полевые транзисторы | Усиление на полевых транзисторах

Полевые транзисторы:

Усиление на полевых транзисторах : Рассмотрим n-канальную схему усиления на полевых транзисторах на рис. 9-26. Обратите внимание, что клеммы сток-исток снабжены источником постоянного тока (VDD), подключенным через резистор стока (R1). Переходы затвор-исток смещены в обратном направлении напряжением затвора (VG). Генератор сигналов переменного тока (с напряжением vf) включен последовательно с выводом затвора. Как уже говорилось, полевые транзисторы являются устройствами, работающими от напряжения. Ток стока регулируется напряжением затвор-исток. Изменение напряжения затвор-исток (ΔVGS) приводит к изменению …

---

Технические характеристики полевых транзисторов : Максимальные номиналы — Часть технических характеристик полевых транзисторов воспроизведена на рис. 9-17. Как и в случае с другими листами технических данных устройств, в начале обычно приводится номер типа устройства и краткое описание. Далее следуют максимальные номиналы, а затем указываются электрические характеристики для конкретных условий смещения. Из рис. 9-17 максимальное напряжение сток-исток (VDS) для устройств с 2N5457 по 2N5459 составляет 25 В, а максимальное напряжение сток-затвор (VDG) также равно 25 В.

Это означает, например, что …

---

Характеристики JFET : Представление блока характеристик JFET с n-каналом показано на рис. 9-6. При подаче напряжения сток-исток, как показано на рисунке, ID течет в показанном направлении, вызывая падение напряжения вдоль канала. Рассмотрим падение напряжения от клеммы источника (S) до точек A, B и C внутри канала. Точка A положительна по отношению к источнику: в качестве альтернативы можно сказать, что S отрицательна по отношению к A. Поскольку затворы соединены с S, …

---

Теория полевого транзистора с переходом : n-канальный JFET – Принцип работы n-канального полевого транзистора с переходом (JFET) проиллюстрирован блок-схемой на рис. 9-1(a). Кусок полупроводникового материала n-типа, называемый каналом, зажат между двумя меньшими кусочками p-типа (затворами). Концы канала обозначены стоком (D) и истоком (S), а два куска материала р-типа соединены вместе, а их терминал назван воротами…

---

Конструкция и характеристики полевого МОП-транзистора : На рис. 9-28 показана конструкция и характеристики полевого МОП-транзистора с металлооксидно-полупроводниковым полевым транзистором (МОП-транзистор), также известным как полевой транзистор с изолированным затвором. Начиная с высокоомной подложки p-типа, два блока сильно легированного материала n-типа диффундируют в подложку, а затем поверхность покрывается слоем диоксида кремния. В диоксиде кремния прорезаны отверстия для контакта с блоками n-типа. Металл осаждается через отверстия для выводов истока и стока, так как…

---

Искать:

Основные категории

Последняя статья

Для получения обновлений

Активные пользователи на сайте

Полевой транзистор — схема 2D PCM

«FET» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. FET (значения) .

Полевой транзистор ( FET ) — это транзистор, использующий электрическое поле для управления электрическими характеристиками устройства. Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы , поскольку они включают работу с одной несущей. Существует множество различных реализаций полевых транзисторов. Полевые транзисторы обычно имеют очень высокий входной импеданс на низких частотах. Проводимость между выводами стока и истока регулируется электрическим полем в устройстве, которое создается разностью потенциалов между корпусом и затвором устройства.

Содержание

• 1 История
• 2 Основная информация
• 3 Подробнее о клеммах
  • 3.1 Влияние напряжения затвора на ток
    • 3.1.1 n-канальный
    • 3.1.2 р-канал
  • 3.2 Влияние напряжения истока/стока на канал
• 4 Состав
• 5 типов
• 6 Преимущества
• 7 Недостатки
• 8 вариантов использования
• 9 Транзистор с истоковым управлением
• 10 См. также
• 12 Внешние ссылки

История

Основная статья: История транзистора

Полевой транзистор был впервые запатентован Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом в 1926 году и Оскаром Хейлом в 1934 году, но практические полупроводниковые устройства (JFET) были разработаны намного позже, после Эффект транзистора наблюдался и объяснялся группой Уильяма Шокли из Bell Labs в 1947 году, сразу после истечения 20-летнего срока действия патента.

Первым типом JFET (переходного полевого транзистора) был статический индукционный транзистор (SIT), изобретенный японскими инженерами Дзюн-ити Нисидзава и Ю. Ватанабэ в 1950. SIT — это тип JFET с короткой длиной канала. ^[1] МОП-транзистор, который в значительной степени заменил JFET и оказал огромное влияние на развитие цифровой электроники, был изобретен Давоном Кангом и Мартином Аталла в 1959 году. ^[2]

Основная информация

§ Полевые транзисторы с основными и неосновными носителями

могут быть устройствами с основными носителями заряда, в которых ток переносится преимущественно основными носителями, или устройствами с неосновными носителями заряда, в которых ток в основном обусловлен потоком неосновных носителей. ^[3] Устройство состоит из активного канала, по которому носители заряда, электроны или дырки перетекают от истока к стоку. Проводники выводов истока и стока соединены с полупроводником через омические контакты. Проводимость канала зависит от потенциала, приложенного к клеммам затвора и истока.

Три терминала полевого транзистора: ^[4]

• Источник (S), через который несущие входят в канал. Условно ток, поступающий в канал на S, обозначается I _С .
• Слив (D), через который носители покидают канал. Условно ток, поступающий в канал в точке D, обозначается I _D . Напряжение сток-исток составляет В _DS .
• Гейт (G), терминал, который модулирует проводимость канала. Подачей напряжения на G можно управлять I _D .

Подробнее о клеммах

Все полевые транзисторы имеют исток , сток и затвор клемм, которые примерно соответствуют эмиттер , коллектор и база биполярных транзисторов. У большинства полевых транзисторов есть четвертый вывод, называемый корпусом , основанием , объемом или подложкой . Этот четвертый вывод служит для включения транзистора; редко используется нетривиальное использование клеммы корпуса в схемах, но ее наличие важно при настройке физической схемы интегральной схемы. Размер затвора, длина L на схеме, это расстояние между истоком и стоком. ширина — расширение транзистора в направлении, перпендикулярном поперечному сечению на схеме (т. е. внутрь/вне экрана). Как правило, ширина намного больше, чем длина ворот. Длина затвора 1 мкм ограничивает верхнюю частоту примерно до 5 ГГц, 0,2 мкм — примерно до 30 ГГц.

Названия клемм относятся к их функциям. Терминал ворот можно рассматривать как управляющий открытием и закрытием физических ворот. Этот затвор позволяет электронам проходить или блокирует их прохождение, создавая или устраняя канал между истоком и стоком. На поток электронов от клеммы истока к клемме стока влияет приложенное напряжение. Тело просто относится к объему полупроводника, в котором находятся затвор, исток и сток. Обычно клемма корпуса подключается к самому высокому или самому низкому напряжению в цепи, в зависимости от типа полевого транзистора. Клемма корпуса и клемма истока иногда соединяются вместе, поскольку источник часто подключается к самому высокому или самому низкому напряжению в цепи, хотя есть несколько применений полевых транзисторов, которые не имеют такой конфигурации, например, передающие вентили и каскодные схемы.

Влияние напряжения затвора на ток

Полевой транзистор управляет потоком электронов (или электронных дырок) от истока к стоку, влияя на размер и форму «проводящего канала», созданного и на который влияет напряжение (или отсутствие напряжения) подается на клеммы затвора и истока. (Для простоты в этом обсуждении предполагается, что тело и исток соединены.) Этот проводящий канал представляет собой «поток», по которому электроны текут от истока к стоку.

n-канальный

В n-канальном устройстве с режимом истощения отрицательное напряжение затвор-исток вызывает расширение области истощения в ширину и вторгается в канал с боков, сужая канал. Если активная область расширяется, чтобы полностью закрыть канал, сопротивление канала от истока до стока становится большим, и полевой транзистор эффективно отключается, как переключатель (см. рисунок справа, когда ток очень мал). Это называется отсечкой , , а напряжение, при котором это происходит, называется напряжение отсечки. И наоборот, положительное напряжение затвор-исток увеличивает размер канала и позволяет электронам легко течь (см. рисунок справа, когда есть канал проводимости и ток большой).

В n-канальном устройстве в расширенном режиме внутри транзистора не существует проводящего канала, и для его создания необходимо положительное напряжение затвор-исток. Положительное напряжение притягивает свободно плавающие электроны внутри тела к затвору, образуя проводящий канал. Но сначала к затвору должно быть притянуто достаточное количество электронов, чтобы противодействовать ионам легирующей примеси, добавленным к корпусу полевого транзистора; это формирует область без мобильных носителей, называемую областью истощения, а напряжение, при котором это происходит, называется пороговое напряжение полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения затвор-исток привлечет к затвору еще больше электронов, которые смогут создать проводящий канал от истока к стоку; этот процесс называется инверсией .

p-канал

В устройстве p-channel с режимом истощения положительное напряжение от затвора к корпусу создает обедненный слой, заставляя положительно заряженные отверстия соединяться с интерфейсом затвор-изолятор/полупроводник, оставляя открытым носитель- свободная область неподвижных отрицательно заряженных акцепторных ионов.

Влияние напряжения исток/сток на канал

Для устройств, работающих как в режиме расширения, так и в режиме истощения, при напряжениях сток-исток намного меньше, чем напряжения затвор-исток, изменение напряжения затвора изменит сопротивление канала и ток стока будет пропорционален напряжению стока (относительно напряжения истока). В этом режиме полевой транзистор работает как переменный резистор, и считается, что полевой транзистор работает в линейном режиме или в омическом режиме . ^{[5] [6]}

Увеличение напряжения сток-исток приводит к значительному асимметричному изменению формы канала из-за градиента потенциала напряжения от истока к стоку. Форма области инверсии становится «защемленной» вблизи стокового конца канала. При дальнейшем увеличении напряжения сток-исток точка отсечки канала начинает смещаться от стока к истоку. Говорят, что полевой транзистор находится в режиме насыщения ; ^[7] , хотя некоторые авторы называют его активным режимом для лучшей аналогии с рабочими областями биполярного транзистора. ^{[8] [9]} Режим насыщения или область между омическим сопротивлением и насыщением используется, когда необходимо усиление. Промежуточная область иногда считается частью омической или линейной области, даже если ток стока не является приблизительно линейным с напряжением стока.

Несмотря на то, что проводящий канал, образованный напряжением затвор-исток, больше не соединяет исток со стоком в режиме насыщения, поток носителей не блокируется. Снова рассматривая n-канальное устройство с улучшенным режимом, в корпусе p-типа существует обедненная область, окружающая проводящий канал и области стока и истока. Электроны, составляющие канал, могут свободно перемещаться из канала через обедненную область, если их притягивает к стоку напряжение сток-исток. Область обеднения свободна от носителей и имеет сопротивление, аналогичное кремнию. Любое увеличение напряжения сток-исток увеличивает расстояние от стока до точки отсечки, увеличивая сопротивление области обеднения пропорционально приложенному напряжению сток-исток. Это пропорциональное изменение приводит к тому, что ток сток-исток остается относительно фиксированным, независимым от изменений напряжения сток-исток, в отличие от его омического поведения в линейном режиме работы. Таким образом, в режиме насыщения полевой транзистор ведет себя как источник постоянного тока, а не как резистор, и может эффективно использоваться в качестве усилителя напряжения. В этом случае напряжение затвор-исток определяет уровень постоянного тока через канал.

Состав

Полевые транзисторы могут быть изготовлены из различных полупроводников, наиболее распространенным из которых является кремний. Большинство полевых транзисторов изготавливаются с использованием обычных объемных методы обработки полупроводников с использованием монокристаллической полупроводниковой пластины в качестве активной области или канала.

Среди наиболее необычных материалов корпуса можно назвать аморфный кремний, поликристаллический кремний или другие аморфные полупроводники в тонкопленочных транзисторах или органических полевых транзисторах (OFET), основанных на органических полупроводниках; часто изоляторы и электроды затвора OFET также изготавливаются из органических материалов. Такие полевые транзисторы изготавливаются с использованием различных материалов, таких как карбид кремния (SiC), арсенид галлия (GaAs), нитрид галлия (GaN) и арсенид индия-галлия (InGaAs).

В июне 2011 года IBM объявила об успешном использовании полевых транзисторов на основе графена в интегральной схеме. ^{[10] [11]} Эти транзисторы способны работать на частоте среза около 2,23 ГГц, что намного выше, чем у стандартных кремниевых полевых транзисторов. ^[12]

Типы

Канал полевого транзистора легирован для получения полупроводника n-типа или полупроводника p-типа. Сток и исток могут иметь легирование, противоположное каналу, в случае полевых транзисторов в режиме улучшения, или легирование того же типа, что и в канале, как в полевых транзисторах в режиме обеднения. Полевые транзисторы также отличаются способом изоляции между каналом и затвором. Типы полевых транзисторов включают:

• В полевом транзисторе JFET (переходной полевой транзистор) для отделения затвора от корпуса используется p-n переход с обратным смещением.
• MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) использует изолятор (обычно SiO ₂ ) между затвором и корпусом.
• В транзисторе MNOS (металл-нитрид-оксид-полупроводник) используется изолятор с нитрид-оксидным слоем между затвором и корпусом.
• DGMOSFET (MOSFET с двумя затворами) представляет собой полевой транзистор с двумя изолированными затворами.
• DEPFET представляет собой полевой транзистор, сформированный на полностью обедненной подложке, и одновременно действует как датчик, усилитель и узел памяти. Его можно использовать в качестве датчика изображения (фотона).
• FREDFET (эпитаксиальный полевой транзистор с быстрым обратным или быстрым восстановлением) — это специализированный полевой транзистор, разработанный для обеспечения очень быстрого восстановления (выключения) внутреннего диода.
• HIGFET (гетероструктурный полевой транзистор с изолированным затвором) в настоящее время используется в основном в исследованиях. ^[13]
• MODFET (полевой транзистор с модуляционным легированием) использует структуру с квантовыми ямами, сформированную путем плавного легирования активной области.
• TFET (туннельный полевой транзистор) основан на межполосном туннелировании. ^[14]
• IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) представляет собой устройство для управления мощностью. Он имеет структуру, аналогичную MOSFET, в сочетании с биполярным основным каналом проводимости. Они обычно используются в диапазоне рабочих напряжений сток-исток 200–3000 В. Мощные полевые МОП-транзисторы по-прежнему являются предпочтительными устройствами для напряжений сток-исток от 1 до 200 В.
• HEMT (транзистор с высокой подвижностью электронов), также называемый HFET (гетероструктурный полевой транзистор), может быть изготовлен с использованием конструкции запрещенной зоны в тройном полупроводнике, таком как AlGaAs. Полностью обедненный широкозонный материал образует изоляцию между затвором и корпусом.
• ISFET (ионочувствительный полевой транзистор) можно использовать для измерения концентрации ионов в растворе; когда концентрация ионов (например, H ⁺ , см. рН-электрод) изменяется, соответственно изменяется ток через транзистор.
• BioFET (биологически чувствительный полевой транзистор) представляет собой класс датчиков/биосенсоров, основанных на технологии ISFET, которые используются для обнаружения заряженных молекул; когда присутствует заряженная молекула, изменения в электростатическом поле на поверхности BioFET приводят к измеримому изменению тока через транзистор. К ним относятся EnFET, ImmunoFET, GenFET, DNAFET, CPFET, BeetleFET и FET на основе ионных каналов/связывания белков. ^[15]
• MESFET (полевой транзистор металл-полупроводник) заменяет p-n-переход JFET барьером Шоттки; и используется в GaAs и других полупроводниковых материалах III-V.
• NOMFET представляет собой органический полевой транзистор с памятью на основе наночастиц. ^[16]
• GNRFET (полевой транзистор на графеновой наноленте) использует графеновую наноленту в качестве канала. ^[17]
• VeSFET (полевой транзистор с вертикальной щелью) представляет собой беспереходный полевой транзистор квадратной формы с узкой щелью, соединяющей исток и сток в противоположных углах. Двое ворот занимают другие углы и контролируют ток через щель. ^[18]
• CNTFET (полевой транзистор с углеродными нанотрубками).
• OFET (органический полевой транзистор) использует в своем канале органический полупроводник.
• DNAFET (ДНК-полевой транзистор) — это специализированный полевой транзистор, который действует как биосенсор, используя ворота, сделанные из одноцепочечных молекул ДНК, для обнаружения совпадающих цепей ДНК.
• QFET (квантовый полевой транзистор) использует преимущества квантового туннелирования для значительного увеличения скорости работы транзистора за счет устранения области электронной проводимости традиционного транзистора.

Преимущества

Одним из преимуществ полевого транзистора является его высокое сопротивление затвора по отношению к основному току, порядка 100 МОм или более, что обеспечивает высокую степень изоляции между управлением и потоком. Поскольку шум базового тока будет увеличиваться со временем формирования, ^[19] полевой транзистор обычно производит меньше шума, чем транзистор с биполярным переходом (BJT), и поэтому используется в чувствительной к шуму электронике, такой как тюнеры и малошумящие усилители для ОВЧ и спутниковой связи. приемники. Он относительно невосприимчив к радиации. Он не имеет напряжения смещения при нулевом токе стока и, следовательно, является отличным прерывателем сигнала. Обычно он имеет лучшую термическую стабильность, чем BJT. ^[4] Поскольку они управляются зарядом затвора, когда затвор закрыт или открыт, нет дополнительного потребления энергии, как это было бы с биполярным переходным транзистором или с реле без фиксации в некоторых состояниях. Это обеспечивает коммутацию с чрезвычайно низким энергопотреблением, что, в свою очередь, обеспечивает большую миниатюризацию схем, поскольку потребность в рассеивании тепла снижается по сравнению с другими типами переключателей.

Недостатки

Он имеет относительно низкое произведение коэффициента усиления на полосу пропускания по сравнению с BJT. Недостатком MOSFET является то, что он очень чувствителен к перегрузкам по напряжению, что требует особого обращения при установке. ^[20] Хрупкий изолирующий слой МОП-транзистора между затвором и каналом делает его уязвимым к электростатическим повреждениям или изменениям порогового напряжения во время обращения. Обычно это не проблема после того, как устройство было установлено в правильно спроектированной цепи.

Полевые транзисторы часто имеют очень низкое сопротивление во включенном состоянии и высокое сопротивление в выключенном состоянии. Однако промежуточные сопротивления значительны, и поэтому полевые транзисторы могут рассеивать большое количество энергии при переключении. Таким образом, эффективность может повысить быстроту переключения, но это может вызвать переходные процессы, которые могут возбудить паразитные индуктивности и генерировать значительные напряжения, которые могут попасть на затвор и вызвать непреднамеренное переключение. Поэтому схемы на полевых транзисторах могут потребовать очень тщательной компоновки и могут включать компромисс между скоростью переключения и рассеиваемой мощностью. Существует также компромисс между номинальным напряжением и сопротивлением во включенном состоянии, поэтому высоковольтные полевые транзисторы имеют относительно высокое сопротивление во включенном состоянии и, следовательно, потери проводимости.

Использование

Наиболее часто используемым полевым транзистором является MOSFET. Технологический процесс CMOS (комплементарные полупроводниковые оксиды металлов) является основой для современных цифровых интегральных схем. В этом технологическом процессе используется схема, в которой p-канальный полевой МОП-транзистор и n-канальный полевой МОП-транзистор (обычно «режим улучшения») соединены последовательно, так что, когда один включен, другой выключен.

В полевых транзисторах электроны могут течь по каналу в любом направлении при работе в линейном режиме. Соглашение об именовании терминала стока и терминала истока несколько произвольно, поскольку устройства обычно (но не всегда) строятся симметрично от истока к стоку. Это делает полевые транзисторы подходящими для переключения аналоговых сигналов между трактами (мультиплексирование). С помощью этой концепции можно, например, построить твердотельный микшерный пульт.

Полевой транзистор обычно используется в качестве усилителя. Например, из-за большого входного сопротивления и низкого выходного сопротивления он эффективен в качестве буфера в конфигурации с общим стоком (истоковым повторителем).

БТИЗ используются для переключения катушек зажигания двигателей внутреннего сгорания, где важны возможности быстрого переключения и блокировки напряжения.

Транзистор с управляемым истоком

Транзистор с управляемым истоком более устойчив к производственным и экологическим проблемам в электронике большой площади, такой как экраны дисплеев, но работает медленнее, чем полевые транзисторы. ^[21]

См. также

• FlowFET
• Химический полевой транзистор
• Усилитель на полевых транзисторах
• Квантовый полевой транзистор
• Устройство Multigate, особенно FinFET

В этой статье использованы материалы из статьи Википедии «Полевой транзистор», выпускаемый под Лицензия Creative Commons Attribution-Share-Alike 3.