Справочник полевых транзисторов импортных. Полевые транзисторы: типы, принцип работы и применение

Что такое полевой транзистор. Какие бывают типы полевых транзисторов. Как работает полевой транзистор. Где применяются полевые транзисторы. Каковы преимущества и недостатки полевых транзисторов.

Что такое полевой транзистор

Полевой транзистор — это полупроводниковый прибор, в котором ток между двумя электродами (истоком и стоком) управляется электрическим полем, создаваемым напряжением на третьем электроде (затворе). В отличие от биполярных транзисторов, в полевых транзисторах ток создается носителями заряда только одного типа (электронами или дырками), поэтому их также называют униполярными транзисторами.

Основные характеристики полевых транзисторов:

• Высокое входное сопротивление (до 10^14 Ом)
• Низкий уровень шумов
• Малая потребляемая мощность
• Высокая плотность размещения в интегральных схемах

Типы полевых транзисторов

Существует два основных типа полевых транзисторов:

1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом (JFET)

В JFET канал образован полупроводником одного типа проводимости, а затвор сформирован областью с противоположным типом проводимости. Управление током осуществляется за счет изменения ширины обедненной области p-n перехода.

2. Полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET)

В IGFET затвор электрически изолирован от канала слоем диэлектрика. Наиболее распространенным типом IGFET является МОП-транзистор (MOSFET), в котором в качестве диэлектрика используется оксид металла.

Принцип работы полевого транзистора

Принцип работы полевого транзистора заключается в управлении проводимостью канала между истоком и стоком с помощью электрического поля, создаваемого напряжением на затворе. Рассмотрим работу n-канального МОП-транзистора:

1. При отсутствии напряжения на затворе канал закрыт и ток между истоком и стоком не протекает.
2. При подаче положительного напряжения на затвор электроны притягиваются к поверхности полупроводника под затвором, формируя проводящий канал.
3. Чем выше напряжение на затворе, тем больше электронов в канале и тем выше его проводимость.
4. При достижении определенного порогового напряжения на затворе канал полностью открывается.

Применение полевых транзисторов

Благодаря своим характеристикам полевые транзисторы нашли широкое применение в различных областях электроники:

• Цифровые интегральные схемы (процессоры, память)
• Аналоговые схемы (усилители, смесители, генераторы)
• Силовая электроника (преобразователи напряжения, инверторы)
• Радиочастотные устройства (приемники, передатчики)
• Датчики (сенсоры давления, влажности, освещенности)

Преимущества и недостатки полевых транзисторов

Преимущества полевых транзисторов:

• Высокое входное сопротивление
• Низкое энергопотребление
• Малые размеры
• Хорошая совместимость с технологией интегральных схем

Недостатки полевых транзисторов:

• Чувствительность к статическому электричеству
• Меньшая нагрузочная способность по сравнению с биполярными транзисторами
• Сложность получения линейной характеристики в аналоговых схемах

Основные параметры полевых транзисторов

Для правильного выбора и применения полевых транзисторов важно понимать их ключевые параметры:

• Пороговое напряжение — минимальное напряжение на затворе, при котором начинает формироваться канал
• Крутизна характеристики — отношение изменения тока стока к изменению напряжения на затворе
• Выходная проводимость — отношение изменения тока стока к изменению напряжения сток-исток
• Максимальный ток стока — предельно допустимый ток через канал транзистора
• Максимальное напряжение сток-исток — предельно допустимое напряжение между стоком и истоком

Особенности работы полевых транзисторов в ключевом режиме

Полевые транзисторы часто используются в качестве электронных ключей, особенно в цифровых схемах. В ключевом режиме транзистор может находиться в двух состояниях:

1. Закрытое состояние (выключено):
   • Напряжение на затворе ниже порогового
   • Канал не сформирован
   • Сопротивление канала очень высокое
   • Ток через канал практически отсутствует
2. Открытое состояние (включено):
   • Напряжение на затворе значительно выше порогового
   • Канал полностью сформирован
   • Сопротивление канала минимальное
   • Через канал протекает максимальный ток

Какие характеристики важны для полевых транзисторов в ключевом режиме.

• Малое сопротивление канала в открытом состоянии
• Высокое сопротивление в закрытом состоянии
• Малое время переключения между состояниями
• Низкая потребляемая мощность в статическом режиме

Сравнение полевых и биполярных транзисторов

Хотя полевые и биполярные транзисторы выполняют схожие функции, они имеют ряд существенных различий:

Параметр	Полевые транзисторы	Биполярные транзисторы
Принцип работы	Управление электрическим полем	Управление током базы
Тип носителей заряда	Один тип (униполярные)	Два типа (биполярные)
Входное сопротивление	Очень высокое	Среднее
Выходное сопротивление	Высокое	Низкое
Скорость переключения	Высокая	Средняя
Линейность	Низкая	Высокая

Тенденции развития полевых транзисторов

Развитие технологии производства полевых транзисторов продолжается в нескольких направлениях:

• Уменьшение размеров транзисторов для повышения плотности интеграции и быстродействия
• Использование новых материалов (например, графена) для улучшения характеристик
• Создание трехмерных структур для увеличения производительности
• Разработка транзисторов с несколькими затворами для лучшего управления каналом
• Оптимизация конструкции для снижения энергопотребления

Какие проблемы возникают при дальнейшей миниатюризации полевых транзисторов.

• Увеличение токов утечки
• Снижение надежности из-за эффектов горячих носителей
• Трудности в контроле толщины подзатворного диэлектрика
• Возрастание влияния квантовых эффектов

Все своими руками Полевые транзисторы, параметры

Опубликовал admin | Дата 15 февраля, 2012

Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier
«Радио» 2001 №5 стр. 45

В современной аппаратуре широко применяются различного рода электронные переключатели. Полупроводниковые приборы в настоящее время используют для коммутации цепей с током до десятков и даже сотен ампер, причем предпочтение получают именно полевые транзисторы.

В наибольшей мере это относится импульсным преобразователям напряжения, системам бесперебойного питания, узлам управления нагрузками индуктивного характера и широтно-импульсного управления электродвигателями, пусковым устройствам люминесцентных ламп и др. Фирма International Rectifier (IP) выпускает широкий ассортимент полевых транзисторов, рассчитанных на работу в переключательном режиме. Среди них есть приборы с n-каналом на напряжение до 900В и ток до 250А и с р-каналом на напряжение до 400В и ток до 74А.

Это позволяет выбрать для проектируемого устройства полупроводниковые приборы, в наибольшей степени отвечающие требованиям, как по энергетическим характеристикам, так и по сопротивлению открытого канала, по условиям отведения тепла, по временным показателям при сохранении электрической прочности.

&nbsp

&nbsp

В последнее время все большую популярность завоевывают полевые транзисторы с пониженным рабочим напряжением затвора — они открываются уже при напряжении 2… 4В. В совокупности с небольшим статическим током управления и емкостью затвора это позволяет управлять транзистором сигналом непосредственно с выхода логических микросхем, что упрощает и удешевляет конструкцию. Транзисторы, рассчитанные на управление логическими уровнями, имеют в наименовании букву L. В связи с успехами в конструировании и технологии изготовления кристалла, а также в оптимизации характеристик полупроводниковых приборов все большее число типов транзисторов выпускают в корпусах с уменьшенным тепловым сопротивлением.

Это позволяет вместо корпуса ТО-220 (например, у транзистора IRFBC30 с напряжением сток—исток 600В и током стока 3,6 А) применять корпус Super-02 (как у транзистора IRFL10N60C на 600В и 10А) для поверхностного монтажа. Благодаря уменьшению на 72% сопротивления открытого канала и снижению потерь на переключение, стало возможным при том же токе, монтировать транзистор в корпусе Super-D2, либо без теплоотвода вообще, либо с небольшим теплоотводом, в виде площадки фольги на печатной плате. Для удобства компоновки часть приборов оформляют в полностью изолированном корпусе ТО-220 Full Pack. Это видоизмененный ТО-220, полностью опресованный пластмассой. Тепловые характеристики такого корпуса несколько хуже прототипа, зато ого можно монтировать без электрической изоляции теплоотводящего фланца и крепежного винта на любую подходящую поверхность. В помещаемой здесь таблице перечислены наиболее популярные мощные переключательные полевые транзисторы фирмы International Rectifier и их основные электрические характеристики. Приборы типов, выделенных цветом, рассчитаны на управление логическими уровнями.
Материал подготовлен при содействии фирмы «Платан»

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:3 051

, f rp > 300

,
, n n

, n

P — N

— n , n —
— n , n —
— n , —
— n , —

NPN , 1

PNP

NPN

,
,
,
,
,
,
n n
n n
, n ,
, n

PNP

( —

)

, n — ,
,
, n — ,
, n — , ,
, n — , , 2
, n — ,
, n — , ,
, n — , ,
, — , , 2
, — ,
, — , ,
, n —
, —

МОЩНЫЕ ГЕРМАНИЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ NPN , РАССЕИВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ 1 Ватт И БОЛЕЕ

МОЩНЫЕ ГЕРМАНИЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ PNP

СБОРКИ МОЩНЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Сборки мощных транзисторов , биполярные комплементарные пары

Сборки мощных транзисторов , биполярные мостовые схемы
Сборки мощных транзирторов , биполярные полумостовые схемы
Сборки мощных транзисторов , независимые биполярные
Сборки мощных транзисторов , биполярные трехфазные мостовые схемы
Сборки мощных транзисторов , составные мостовые схемы
Сборки мощных транзисторов , составные полумостовые схемы
Сборки мощных транзисторов , составные независимые
Сборки мощных транзисторов , составные трехфазные полумостовые схемы
Сборки мощных транзисторов , полевые ( МОП ) — биполярные мостовые схемы
Сборки мощных транзисторов , полевые ( МОП ) — биполярные полумостовые схемы
Сборки мощных транзисторов , полевые ( МОП ) — биполярные независимые

СБОРКИ МОЩНЫХ ПОЛЕВЫХ МОП — ТРАНЗИСТОРОВ

Сборки мощных полевых МОП — транзисторов , мостовые схемы
Сборки мощных полевых МОП — транзисторов , мостовые схемы , комплементарные
Сборки мощных полевых МОП — транзисторов , полумостовые схемы
Сборки мощных полевых МОП — транзисторов , независимые
Сборки мощных полевых МОП — транзисторов , независимые с диодами
Сборки мощных полевых МОП — транзисторов , трехфазные мостовые схемы
Сборки мощных полевых МОП — транзисторов , трехфазные мостовые схемы , комплементарные

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ СВЧ

Полевые транзисторы СВЧ , n — канал
Полевые транзисторы СВЧ с р — n переходом , n — канал
Полевые транзисторы СВЧ с изолированным затвором , n — канал
Полевые транзисторы СВЧ c изолированным затвором , n — канал , 2 затвора
Полевые транзисторы СВЧ , изолированный затвор , р — канал
Полевые транзисторы СВЧ , изолированный затвор , n — канал
Полевые транзисторы СВЧ , изолированный затвор , р — канал

МОЩНЫЕ КРЕМНИЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ NPN

МОЩНЫЕ КРЕМНИЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ PNP

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ КРЕМНИЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ NPN МАЛОЙ МОЩНОСТИ

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ КРЕМНИЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ PNP МАЛОЙ МОЩНОСТИ

МОЩНЫЕ КРЕМНИЕВЫЕ ВЧ ТРАНЗИСТОРЫ NPN

Мощные кремниевые транзисторы ВЧ , n р n

Мощные кремниевые транзисторы ВЧ , n р n , согласованные пары

ТРАНЗИСТОРЫ СВЧ

Транзисторы СВЧ , биполярные , n р n
Транзисторы СВЧ , биполярные , n р n , дифференциальные пары
Транзисторы СВЧ , биполярные , р n р

ГРАФИЧЕСКИЕ РИСУНКИ КОРПУСОВ ТРАНЗИСТОРОВ

Подпишитесь на рассылку новостей нашего сайта, что бы своевременно узнать о новых .
			: Deposit files	:	WinRAR

 

 

архив справочных данных

Здесь Вы можете узнать справочные данные некоторых радиоэлементов. Все файлы в архиве — в форматах  PNG  и JPEG. В скобках после ссылки — объем файла для закачки.

Справочные данные некоторых малогабаритных сетевых трансформаторов из серии ТПК:

Ниже приведены ссылки на различные справочные данные (в скобках - размер файла):

Справочные данные некоторых транзисторов широкого применения МП25-ГТ308А (22 Кбайт)  и  ГТ308Б-П423 (21 Кбайт).

Справочник по полевым транзисторам (1,7 мБайт) можно скачать здесь.

Большой справочник по транзисторам (9.8 мегабайт) можно скачать здесь.

Зарубежные аналоги микросхем 561 серии (31 Кбайт)  и (45 Кбайт).

Методики расчета колебательного контура (16 Кбайт), (25 Кбайт), (40 Кбайт), (Контур для АС — 30 Кбайт), ( Контур для АС(2) — 30 Кбайт), ( 21 Кбайт), (48 Кбайт), (21 Кбайт), (35 Кбайт).

Справочные данные отечественных и импортных динамиков: ( Российские широкополосные — 36 Кбайт), («Ravelend» — 33 Кбайт), («World» — 33 Кбайт), («Ravemaster» — 37 Кбайт), ( Российские низкочастотные — 51 Кбайт). 

Справочные данные полупроводниковых диодов: (Импортные светодиоды «Kingbright» — 33 Кбайт), (Импортные стабилитроны — 30 Кбайт), (Инфракрасные светодиоды — 56 Кбайт), (Светодиоды «КИПД» — 54 Кбайт), (Мосты DF — 38 Кбайт), (Оптотиристоры ТО — 38 Кбайт), (Симисторы ВТА — 22 Кбайт), (Симисторы ТС — 32 Кбайт).

Справочные данные гальванических элементов и батарей: (Дисковые элементы LR — 20 Кбайт), (Дисковые элементы «Renata» — 27 Кбайт), (Батареи и элементы «Energizer & GP - 31 Кбайт).

% PDF-1.5 % 4 0 obj > endobj xref 4 141 0000000016 00000 н. 0000003525 00000 н. 0000003621 00000 н. 0000004517 00000 н. 0000005046 00000 н. 0000005427 00000 н. 0000005754 00000 н. 0000005789 00000 н. 0000010409 00000 п. 0000014233 00000 п. 0000019043 00000 п. 0000022981 00000 п. 0000023206 00000 п. 0000027117 00000 п. 0000027280 00000 п. 0000027692 00000 п. 0000028941 00000 п. 0000029080 00000 н. 0000029208 00000 п. 0000029336 00000 п. 0000029502 00000 п. 0000029751 00000 п. 0000030221 00000 п. 0000030432 00000 п. 0000030598 00000 п. 0000030847 00000 п. 0000032983 00000 п. 0000036652 00000 п. 0000039300 00000 п. 0000039413 00000 п. 0000039528 00000 п. 0000039558 00000 п. 0000039631 00000 н. 0000040981 00000 п. 0000041309 00000 п. 0000041372 00000 п. 0000041486 00000 п. 0000041516 00000 п. 0000041589 00000 п. 0000043100 00000 н. 0000043425 00000 п. 0000043488 00000 п. 0000043602 00000 п. 0000043632 00000 п. 0000043705 00000 п. 0000061360 00000 п. 0000061687 00000 п. 0000061750 00000 п. 0000061864 00000 п. 0000061977 00000 п. 0000062088 00000 п. 0000062157 00000 п. 0000062236 00000 п. 0000064114 00000 п. 0000064397 00000 п. 0000064645 00000 п. 0000064670 00000 п. 0000065059 00000 п. 0000065128 00000 п. 0000065207 00000 п. 0000066363 00000 п. 0000066624 00000 п. 0000066782 00000 п. 0000066807 00000 п. 0000067111 00000 п. 0000067180 00000 п. 0000067259 00000 п. 0000068365 00000 п. 0000068626 00000 п. 0000068783 00000 п. 0000068808 00000 п. 0000069106 00000 п. 0000072621 00000 п. 0000072984 00000 п. 0000073442 00000 п. 0000075233 00000 п. 0000075553 00000 п. 0000075915 00000 п. 0000076286 00000 п. 0000076567 00000 п. 0000077250 00000 п. 0000077541 00000 п. 0000080162 00000 п. 0000080511 00000 п. 0000080904 00000 п. 0000081066 00000 п. 0000083660 00000 п. 0000084016 00000 п. 0000084100 00000 п. 0000084425 00000 п. 0000084712 00000 п. 0000084795 00000 п. 0000088179 00000 п. 0000088609 00000 п. 0000089053 00000 п. 0000089152 00000 п. 0000093866 00000 п. 0000094400 00000 п. 0000094949 00000 п. 0000095528 00000 п. 0000095818 00000 п. 0000096131 00000 п. 0000115924 00000 н. 0000117188 00000 н. 0000117972 00000 н. 0000118756 00000 н. 0000118792 00000 н. 0000119179 00000 н. 0000119276 00000 н. 0000119422 00000 н. 0000119496 00000 н. 0000119859 00000 н. 0000119933 00000 н. 0000120058 00000 н. 0000120358 00000 н. 0000120432 00000 н. 0000120463 00000 н. 0000120537 00000 п. 0000122162 00000 н. 0000122482 00000 н. 0000122548 00000 н. 0000122664 00000 н. 0000122738 00000 н. 0000123032 00000 н. 0000123465 00000 н. 0000123539 00000 н. 0000123836 00000 н. 0000123910 00000 н. 0000124210 00000 н. 0000124284 00000 н. 0000131487 00000 н. 0000151691 00000 н. 0000152047 00000 н. 0000152121 00000 н. 0000152547 00000 н. 0000152962 00000 н. 0000153051 00000 н. 0000153621 00000 н. 0000154213 00000 н. 0000155254 00000 н. 0000003116 00000 п. трейлер ] / Назад 288784 >> startxref 0 %% EOF 144 0 объект > поток hb«b`a« f @@ HR] P vF ٓ6 MbV, X`h`ɐpɄACL0MkgaLa`fyA!, t «nXP ~ A! Gp {G

Производство вертикальных полевых транзисторов (VFET)

Адриан Ильдефонсо, 31.10.2014 1

Автор: Адриан Ильдефонсо ECE 6450 — осень 2014

Производство вертикальных полевых транзисторов (VFET)

Адриан Ильдефонсо, 31.10.

• Что такое VFET?

• Как мы можем сделать VFET?

• Ионная имплантация
• диффузия
• Окисление
• Офорт
• Регулировка VT

• Краткое содержание

Схема

Адриан Ильдефонсо, 31. 10.

Этапы изготовления

* Большинство рисунков и поперечных сечений адаптированы из [1]

Адриан Ильдефонсо, 31.10.

• Процесс начинается с подложки p-типа
  • NA = 1 x 10 15 см-2 (типичное значение)
• D / S Имплантат мышьяка
• LDD Регион Фосфорный имплант

1-й имплантат дренажа / источника

P-Substrate

Имплантат мышьяка D / S

Фосфорный имплантат LDD

Адриан Ильдефонсо, 31.10.

• D / S Имплантат мышьяка
• LDD Регион Фосфорный имплант
• Множественные высокоэнергетические имплантаты для S / D Plug
  • 100 кэВ, 200 кэВ и 300 кэВ
  • ND = 1 x 10 14 см —
• диффузия

2-й имплантат дренажа / источника

P-Substrate

П-Эпи

LDD

N +

N +

Заглушка S / D

Адриан Ильдефонсо, 31.10.

• Необходимо добавить оксид затвора и поли-Si
• Анизотропный плазменный травитель

Trench Etch

P-Substrate

П-Эпи

LDD

N +

N +

Заглушка S / D

Адриан Ильдефонсо, 31. 10.

• Мокрое травление (изотропное) используется для удаления 35 нм оксида, обнажая канал и оставляя 100 нм над другие регионы.

Влажное травление

P-Substrate

П-Эпи

LDD

N +

N +

Заглушка S / D

Адриан Ильдефонсо, 31.10.

• Сильнолегированный слой P-Epi приводит к высокому порогу напряжение (1 В)
• Канал легирования должен быть скорректирован для уменьшения VT
• Проблема:
  • Для ионной имплантации потребуется сложный малоугловой имплант, который может привести к асимметричной концентрации.
• Раствор:
  • Используйте слой фосфосиликатного стекла (PSG) n-типа в качестве источник легирующей примеси для привода на этапе диффузии

Регулировка VT

Адриан Ильдефонсо, 31.10.

• Влажное окисление
Для затвора использовался слой поли-Si
• .
• Другие этапы обработки (контакты, металлизация и т. Д.) такие же, как для обычного устройства MOS.

Оксид ворот

P-Substrate

П-Эпи

LDD

N +

N +

Заглушка S / D

S G D

Адриан Ильдефонсо, 31.10.

• Представленная разница между боковым и вертикальным nFET
• Осмотр этапов производства, необходимых для VFET
  • Влияние давления на рост оксида в различных областях
  • «Новый» метод выполнения забивной диффузии (PSG)
• Плюсы
  • Мягкие правила проектирования — канал зависит от эпитаксии, а не литографии
  • Площадь уменьшенная
• Минусы
  • Ограниченное управление длиной — не идеально для аналоговых конструкций
  • Увеличенная емкость перекрытия на затворе

Сводка

MOS полевой транзистор

MOS полевой транзистор Подразделы

---

Рисунок 10. 16: вертикальный разрез интегрированного полевого МОП-транзистора

Рисунок 10.17: четыре типа полевых МОП-транзисторов и их обозначения

Существует четыре различных типа полевых МОП-транзисторов: показано на рис. 10.17 все охватываемые моделью будут объяснено здесь. « Модель первого порядка » — это физическая модель с уравнения тока стока согласно Гарольду Шичману и Дэвиду А.Ходжес [13].

Следующая таблица содержит параметры модели и устройства для MOSFET уровень 1.

Рисунок 10.18: n-канальный полевой МОП-транзистор с большим сигналом, модель

Заранее сделано несколько полезных сокращений, чтобы упростить DC текущие уравнения.

Пороговое напряжение, зависящее от смещения, зависит от объемного источника напряжение или напряжение объемного стока в зависимости от режим работы.

(10.169)

Следующие уравнения описывают поведение постоянного тока в N-канальный MOSFET в нормальном режиме, т.е. , в соответствии с Шичман и Ходжес.

• область отсечения:
  

с участием

(10.182)

В обратном режиме работы, т.е. , тот же самый уравнения могут быть применены со следующими модификациями. Заменить с, с и с . Ток стока меняется на противоположное.Кроме того, крутизны изменяют свои управляющие узлы, т. е.

(10.183)

Текущие уравнения двух паразитных диодов в узле объемного и их производные записывают следующим образом.

с участием

(10.186)

Рисунок 10.19: сопровождаемая модель постоянного тока внутреннего MOSFET

С прилагаемой моделью постоянного тока, показанной на рис.10.19 это возможно формирование матрицы MNA и текущего вектора внутреннее устройство MOSFET.

(10.187)

Есть электрические параметры, а также физические и геометрические. параметров в наборе параметров модели для полевых МОП-транзисторов « Первый Модель заказа ». Некоторые электрические параметры могут быть получены из геометрия и физические параметры.

Емкость оксида на квадратный метр площади канала может быть вычисляется как

(10.191)

Тогда общую оксидную емкость можно записать как

(10.192)

Коэффициент крутизны можно рассчитать с помощью

(10.193)

Поверхностный потенциал определяется выражением (с температурным напряжением)

(10.194)

Уравнение (10.194) справедливо для концентраций акцепторов () существенно больше концентрации донора. Объемный порог (также иногда называемый эффектом тела) коэффициент) составляет

(10.195)

И, наконец, пороговое напряжение нулевого смещения записывается как следует.

(10,196)

Где обозначает напряжение плоской полосы, состоящее из работы разница функций между затвором и подложкой материал и дополнительный потенциал из-за заряда поверхности оксида.

(10.197)

Температурно-зависимый потенциал запрещенной зоны кремния (материал подложки Si) пишет следующим образом. С участием то ширина запрещенной зоны составляет примерно.

(10.198)

Разница работы выхода вычисляется в зависимости от материал проводника затвора. Это может быть либо оксид алюминия ( ), n-поликремний ( ) или п-поликремний ( ). Работа выхода полупроводника, что представляет собой разность энергий между вакуумным уровнем и фермиевским уровнем. уровень (см. рис.10.20), меняется в зависимости от допирования концентрация.

(10.199)

(10.200)

Рисунок 10.20: Диаграммы энергетических зон изолированных (плоских) МОП материалов

Выражение в ур. (10.199) визуализируется в Инжир. 10.20. Аббревиатуры обозначают

Обратите внимание, что потенциал положителен в p-MOS и отрицательный в n-MOS, как показывает следующее уравнение.

(10.201)

Когда материал проводника затвора представляет собой сильно легированный поликристаллический кремний (также называемый поликремнием), то модель предполагает, что Уровень Ферми этого полупроводника такой же, как зона проводимости (для n-poly) или валентная зона (для p-poly). В глиноземе Ферми уровень, валентность и зона проводимости равны сродству к электрону.

Если нижняя емкость объемного перехода без смещения на квадратный метр площадь стыка не приводится, ее можно рассчитать следующим образом.

(10. 202)

Вот и все о физических параметрах. Параметры геометрии учитывать электрические параметры по длине, площади или объему. Таким образом, модель MOS масштабируема.

Сопротивление диффузии на стоке и затворе вычисляется следующим образом. Сопротивление листа относится к толщине диффузионного слоя. площадь.

(10.203)

Если ток насыщения объемного перехода на квадратный метр площадь стыка, а также участки стока и истока имеют соответствующие токи насыщения рассчитываются с помощью следующих уравнения.

(10.204)

Если параметры и не заданы нулевым смещением обедняющие емкости для емкости днища и боковины равны вычисляется следующим образом.

Модель слабого сигнала

Рисунок 10.21: модель малого сигнала внутреннего MOSFET

Емкости объемного стока и объемного истока в модели MOSFET разделены на три части: обедненная емкость переходов, которая состоит из площади и боковой части и диффузионной емкости.

Диффузионные емкости переходов объемный сток и объемный исток определяются временем прохождения миноритарных сборов через соединение.

Хранение заряда в MOSFET состоит из емкостей, связанных с паразиты и внутреннее устройство. Паразитные емкости состоят из трех постоянных емкостей перекрытия. Собственные емкости состоят из нелинейной емкости тонкого оксида, которая распределена между затворной, сливной, истоковой и насыпной областями.Ворота MOS емкости, как нелинейная функция напряжений на клеммах, равны моделируется кусочно-линейной моделью Дж. Э. Мейера [15].

Зависимые от смещения емкости оксида затвора распределяются в соответствии с Модель Мейера [15] выглядит следующим образом.

• отсекаемых регионов:
  • 
    
• область насыщения:
  

с участием

(10.230)

В обратном режиме работы и должен быть поменяется, меняет знак, то приведенные выше формулы могут быть применяется также.

Постоянные емкости перекрытия рассчитываются следующим образом.

С помощью этих определений можно сформировать слабый сигнал Матрица Y-параметров внутреннего устройства MOSFET в рабочем точка, которая может быть преобразована в S-параметры.

(10. 234)

с участием

Тепловой шум, создаваемый внешними резисторами, и характеризуется следующей спектральной плотностью.

(10.241)

Рисунок 10.22: шумовая модель внутреннего МОП-транзистора

Канальный и фликкер-шум, создаваемый крутизной по постоянному току ток от стока к истоку характеризуется спектральным плотность

(10.242)

Матрица корреляции шумового тока (представление проводимости) собственный МОП-транзистор может быть выражен как

(10. 243)

Это матричное представление легко преобразовать в шумовую волну. представление если S-параметр слабого сигнала матрица известна.

Температура влияет на некоторые параметры модели МОП, которые обновляются согласно новой температуре. Контрольная температура в следующие уравнения обозначают номинальную температуру определяется моделью МОП-транзистора. Температурная зависимость и определяется

Влияние температуры на и моделируется

(10.246)

где зависимость уже описывалась в раздел 10.2.4 на стр. В температурная зависимость« и есть описывается следующими соотношениями

Температурная зависимость определяется соотношением

(10. 251)

Аналогичная зависимость справедлива для.

Этот документ был создан Stefan Jahn на 30 декабря 2007 г. с использованием latex2html.

определение полевого транзистора и синонимов полевого транзистора (английский)

Мощный N-канальный полевой транзистор

Полевой транзистор (FET) — это транзистор, который использует электрическое поле для управления формой и, следовательно, проводимостью канала одного типа носителя заряда в полупроводниковом материале. Полевые транзисторы иногда называют униполярными транзисторами , чтобы противопоставить их работу с одной несущей и работу с двумя несущими биполярных (переходных) транзисторов (BJT).Концепция полевого транзистора предшествует BJT, хотя физически он не был реализован до после BJT из-за ограничений полупроводниковых материалов и относительной простоты изготовления BJT по сравнению с полевыми транзисторами в то время.

История

Основная статья: История транзистора

Полевой транзистор был впервые запатентован Джулиусом Эдгаром Лилиенфельдом в 1925 году и Оскаром Хейлом в 1934 году, но практические полупроводниковые устройства (JFET, полевой транзистор с переходным затвором) были разработаны намного позже, после того, как транзисторный эффект был обнаружен и объяснена командой Уильяма Шокли из Bell Labs в 1947 году.MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), который в значительной степени вытеснил JFET и оказал более сильное влияние на развитие электроники, был впервые предложен Давоном Кангом в 1960 году. ^[1]

Основная информация

полевых транзисторов — это устройства с основным носителем заряда. Устройство состоит из активного канала, по которому основные носители заряда, электроны или дырки, текут от истока к стоку. Проводники истока и стока подключены к полупроводнику через омические контакты.Проводимость канала является функцией потенциала, приложенного к затвору, по отношению к источнику.

Три клеммы полевого транзистора: ^[2]

• Источник (S), через который большинство носителей входят в канал. Обычный ток, поступающий в канал в точке S, обозначается I _S .

• Дренаж (D), через который большинство носителей покидают канал. Обычный ток, поступающий в канал в точке D, обозначается I _D .Напряжение от стока к источнику составляет В _DS .

• Затвор (G), терминал, который модулирует проводимость канала. Подавая напряжение на G, можно управлять I _D .

Подробнее о терминалах

Поперечное сечение полевого МОП-транзистора n-типа

Все полевые транзисторы имеют затвор , сток и исток клеммы, которые примерно соответствуют основанию , коллектору и эмиттеру BJT.Большинство полевых транзисторов также имеют четвертый вывод, называемый корпусом , основанием , массивом или подложкой . Эта четвертая клемма служит для смещения транзистора в работу; редко используется нетривиальный вывод на корпусе в схемотехнике, но его наличие важно при настройке физической схемы интегральной схемы. Размер затвора, длина L на схеме, — это расстояние между истоком и стоком. Ширина — это расширение транзистора, на схеме перпендикулярно поперечному сечению.Обычно ширина намного больше, чем длина ворот. Длина затвора 1 мкм ограничивает верхнюю частоту примерно до 5 ГГц, от 0,2 мкм до примерно 30 ГГц.

Названия терминалов относятся к их функциям. Терминал ворот можно рассматривать как управляющий открытием и закрытием физических ворот. Этот затвор позволяет электронам проходить через или блокирует их прохождение, создавая или устраняя канал между истоком и стоком. Электроны текут от вывода истока к выводу стока, если на них влияет приложенное напряжение.Тело просто относится к основной части 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. Вывод на корпусе и вывод источника иногда соединяются вместе, поскольку источник также иногда подключается к наивысшему или наименьшему напряжению в цепи, однако есть несколько вариантов использования полевых транзисторов, которые не имеют такой конфигурации, например, затворы передачи и каскодные схемы. .

Работа полевого транзистора

ВАХ и выходной график n-канального JFET-транзистора.

Полевой транзистор управляет потоком электронов (или электронных дырок) от истока к стоку, влияя на размер и форму «проводящего канала», создаваемого напряжением (или отсутствием напряжения), приложенным к клеммам затвора и истока (для простота обсуждения, это предполагает, что тело и источник связаны). Этот проводящий канал представляет собой «поток», по которому электроны текут от истока к стоку.

В устройстве с n-канальным режимом истощения отрицательное напряжение затвор-исток заставляет область истощения расширяться по ширине и вторгаться в канал с боков, сужая канал. Если область истощения расширяется, чтобы полностью закрыть канал, сопротивление канала от истока до стока становится большим, и полевой транзистор эффективно выключается, как переключатель. Точно так же положительное напряжение затвор-исток увеличивает размер канала и позволяет электронам легко течь.

И наоборот, в устройстве с n-канальным режимом расширения положительное напряжение затвор-исток необходимо для создания проводящего канала, поскольку внутри транзистора его не существует. Положительное напряжение привлекает свободно плавающие электроны внутри тела к затвору, образуя проводящий канал. Но сначала необходимо привлечь достаточно электронов возле затвора, чтобы противодействовать ионам легирующей примеси, добавленным в тело полевого транзистора; это формирует область, свободную от мобильных несущих, называемую областью истощения, и это явление называется пороговым напряжением полевого транзистора.Дальнейшее увеличение напряжения затвор-исток привлечет к затвору еще больше электронов, которые смогут создать токопроводящий канал от истока к стоку; этот процесс называется инверсией .

Для устройств с расширенным или обедненным режимом при напряжениях сток-исток, намного меньших, чем напряжения затвор-исток, изменение напряжения затвора приведет к изменению сопротивления канала, а ток стока будет пропорционален напряжению стока (относительно напряжение источника). В этом режиме полевой транзистор работает как переменный резистор, и говорят, что полевой транзистор работает в линейном режиме или омическом режиме . ^{[3] [4]}

Если напряжение сток-исток увеличивается, это создает значительное асимметричное изменение формы канала из-за градиента потенциала напряжения от истока к стоку. Форма области инверсии становится «защемленной» около дренажного конца канала. При дальнейшем увеличении напряжения сток-исток точка отсечки канала начинает перемещаться от стока к истоку. Сообщается, что полевой транзистор находится в режиме насыщения ; ^[5] некоторые авторы называют его активным режимом , для лучшей аналогии с рабочими областями биполярного транзистора. ^{[6] [7]} Режим насыщения или область между омическим состоянием 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.

Даже несмотря на то, что проводящий канал, образованный напряжением затвор-исток, больше не соединяет исток со стоком во время режима насыщения, поток несущих не блокируется. Рассматривая снова n-канальное устройство, в корпусе p-типа существует обедненная область, окружающая проводящий канал, а также области стока и истока.Электроны, составляющие канал, могут свободно выходить из канала через область обеднения, если они притягиваются к стоку напряжением сток-исток. Область обеднения свободна от носителей и имеет сопротивление, подобное кремнию. Любое увеличение напряжения сток-исток увеличит расстояние от стока до точки отсечки, увеличивая сопротивление из-за области истощения пропорционально приложенному напряжению сток-исток. Это пропорциональное изменение приводит к тому, что ток сток-исток остается относительно постоянным независимо от изменений напряжения сток-исток и в отличие от работы в линейном режиме.Таким образом, в режиме насыщения полевой транзистор ведет себя как источник постоянного тока, а не как резистор, и может наиболее эффективно использоваться в качестве усилителя напряжения. В этом случае напряжение затвор-исток определяет уровень постоянного тока через канал.

Композиция

Полевой транзистор может быть сконструирован из ряда полупроводников, из которых кремний является наиболее распространенным. Большинство полевых транзисторов изготавливаются с использованием обычных методов обработки объемных полупроводников с использованием монокристаллической полупроводниковой пластины в качестве активной области или канала.

Среди наиболее необычных материалов корпуса — аморфный кремний, поликристаллический кремний или другие аморфные полупроводники в тонкопленочных транзисторах или органические полевые транзисторы, основанные на органических полупроводниках; Часто изоляторы и электроды затворов 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, что успешно использовала полевые транзисторы на основе графена в интегральной схеме. ^{[8] [9]} Эти транзисторы имеют частоту среза 100 ГГц, что намного выше, чем у стандартных кремниевых полевых транзисторов. ^[10]

Типы полевых транзисторов

Полевые транзисторы истощенного типа при типичных напряжениях. JFET, поликремниевый MOSFET, MOSFET с двойным затвором, MOSFET с металлическим затвором, MESFET. обеднение, электроны, дырки, металл, изолятор. Вверху = источник, внизу = сток, слева = затвор, справа = масса. Напряжения, приводящие к образованию каналов, не показаны

Канал полевого транзистора легирован для получения полупроводника N-типа или полупроводника P-типа.Сток и исток могут быть легированы легированием противоположного типа по отношению к каналу, в случае полевых транзисторов в режиме обеднения, или легированы легированием аналогичного типа по отношению к каналу, как в полевых транзисторах в режиме улучшения. Полевые транзисторы отличаются также методом изоляции между каналом и затвором. Типы полевых транзисторов:

• CNTFET (полевой транзистор из углеродных нанотрубок)
• DEPFET — это полевой транзистор, сформированный на полностью обедненной подложке, который одновременно действует как датчик, усилитель и узел памяти.Его можно использовать как датчик изображения (фотона).
• DGMOSFET — это полевой МОП-транзистор с двойным затвором.
• DNAFET — это специализированный полевой транзистор, который действует как биосенсор, используя ворота, сделанные из одноцепочечных молекул ДНК, для обнаружения совпадающих цепей ДНК.
• FREDFET (эпитаксиальный диодный полевой транзистор с быстрым обратным или быстрым восстановлением) — это специализированный полевой транзистор, разработанный для обеспечения очень быстрого восстановления (выключения) основного диода.
• HEMT (транзистор с высокой подвижностью электронов), также называемый HFET (гетероструктурный полевой транзистор), может быть изготовлен с использованием технологии запрещенной зоны в тройном полупроводнике, таком как AlGaAs. Полностью обедненный материал с широкой запрещенной зоной образует изоляцию между затвором и корпусом.
• HIGFET (полевой транзистор с изолированным затвором) в настоящее время используется в основном в исследовательских целях. [1]
• IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) — это устройство для управления мощностью. Он имеет структуру, похожую на полевой МОП-транзистор, соединенный с биполярным основным проводящим каналом. Они обычно используются в диапазоне рабочего напряжения сток-исток 200–3000 В. Силовые полевые МОП-транзисторы по-прежнему являются предпочтительным устройством для напряжений сток-исток от 1 до 200 В.
• ISFET (ионно-чувствительный полевой транзистор), используемый для измерения концентрации ионов в растворе; когда концентрация ионов (например, H ⁺ , см. pH-электрод) изменяется, ток через транзистор соответственно изменится.
• JFET (полевой транзистор) использует смещенный в обратном направлении p-n переход для отделения затвора от корпуса.
• MESFET (металл-полупроводниковый полевой транзистор) заменяет p-n переход полевого транзистора с барьером Шоттки; используется в GaAs и других полупроводниковых материалах AIIIBV.
• MODFET (полевой транзистор, легированный модуляцией) использует структуру квантовых ям, образованную градиентным легированием активной области.
• MOSFET (полевой транзистор металл – оксид – полупроводник) использует изолятор (обычно SiO ₂ ) между затвором и корпусом.
• NOMFET — полевой транзистор с органической памятью в виде наночастиц. [2]
• OFET — это органический полевой транзистор, в канале которого используется органический полупроводник.
• GNRFET представляет собой полевой транзистор, в канале которого используется графеновая нанолента.
• VeSFET (полевой транзистор с вертикальной щелью) представляет собой полевой транзистор квадратной формы без перехода с узкой щелью, соединяющей исток и сток в противоположных углах. Два затвора занимают другие углы и контролируют ток через щель. [3] [4]
• TFET (туннельный полевой транзистор) основан на межполосном туннелировании ^[11]

Преимущества полевого транзистора

Основным преимуществом полевого транзистора является высокое входное сопротивление порядка 100 МОм или более.Таким образом, это устройство, управляемое напряжением, которое демонстрирует высокую степень изоляции между входом и выходом. Это униполярное устройство, зависящее только от тока большей части. Он менее шумный, поэтому его можно найти в FM-тюнерах для тихого приема. Он относительно невосприимчив к радиации. Он не показывает напряжения смещения при нулевом токе стока и, следовательно, представляет собой отличный прерыватель сигнала. Обычно он имеет лучшую термическую стабильность, чем BJT. ^[2]

Недостатки FET

Он имеет относительно низкое произведение коэффициента усиления и полосы пропускания по сравнению с BJT. Недостатком полевого МОП-транзистора является то, что он очень чувствителен к перегрузкам, что требует особого обращения во время установки. ^[12]

Использует

БТИЗ

находят применение в переключении катушек зажигания двигателей внутреннего сгорания, где важны возможности быстрого переключения и блокировки напряжения.

Наиболее часто используемый полевой транзистор — это МОП-транзистор. Технология CMOS (дополнительный металлооксидный полупроводник) является основой современных цифровых интегральных схем.В этом технологическом процессе используется схема, в которой (обычно «режим улучшения») p-канальный MOSFET и n-канальный MOSFET соединены последовательно, так что, когда один включен, другой выключен.

Хрупкий изолирующий слой полевого МОП-транзистора между затвором и каналом делает его уязвимым для электростатических повреждений во время работы. Обычно это не проблема после того, как устройство было установлено в правильно спроектированной цепи.