Veldeffecttransistor

Een veldeffecttransistor is een elektrisch halfgeleiderapparaat waarvan de uitgangsstroom wordt bestuurd door een veld, dus door een spanning van hetzelfde teken. Het vormsignaal wordt aan de poort toegevoerd, het regelt de geleiding van het kanaal van het n- of p-type. In tegenstelling tot bipolaire transistors, waarbij het signaal van wisselende polariteit is. Het tweede teken is de vorming van de stroom uitsluitend door de belangrijkste vervoerders( van hetzelfde teken).

Classificatie van veldeffecttransistoren

Laten we beginnen met de classificatie. Soorten veldeffecttransistors zijn talrijk, elk werkt volgens het algoritme:

1. Type geleidingskanaal: n of p. De factor bepaalt de polariteit van de stuurspanning.
2. door structuur. Met pn-overgang gefuseerd, diffusie, MDP( MOP), met een Schottky-barrière, dunne film.
3. Het aantal elektroden is 3 of 4. In het laatste geval wordt het substraat als een afzonderlijk onderwerp beschouwd, waardoor u de stroom van stroom door het kanaal( naast de poort) kunt regelen.
instagram viewer
4. -geleidermateriaal. Silicium, germanium, galliumarsenide zijn tegenwoordig gebruikelijk. Het halfgeleidermateriaal is gemarkeerd met de symboolletters( K, D, A) of( in producten van de militaire industrie) nummers( 1, 2, 3).
5. De toepassingsklasse is niet opgenomen in de markering, aangegeven door naslagwerken die informatie verschaffen dat de veldeffecttransistor vaak is inbegrepen in de samenstelling van versterkers, radio-ontvangers. In de wereldpraktijk is er een verdeling in toepasbaarheid in de volgende 5 groepen: hoge, lage frequentie, gelijkstroom versterkers, modulators, belangrijkste.
   

   Halfgeleidertransistor

6. Het bereik van elektrische parameters bepaalt de set waarden waarin de veldeffecttransistor bruikbaar blijft. Voltage, stroom, frequentie.
7. Onder ontwerpeigenschappen onderscheiden unitrons, alkathrons, technetrons, roosterweerstanden. Elk apparaat is voorzien van belangrijke functies. Alkatron-elektroden zijn gemaakt met concentrische ringen, waardoor de stroomsterkte toeneemt.
8. Door het aantal structurele elementen ingesloten door een substraat stoten dubbele, complementaire.

Naast de algemene classificatie is een gespecialiseerd, bepalend werkingsprincipe uitgevonden. Onderscheid:

1. Veldeffecttransistors met pn-junctiecontrole.
2. Schottky-veldeffecttransistors.
3. geïsoleerde-veld effecttransistors:

• Met ingebouwd kanaal.
• Met een geïnduceerd kanaal.

In de literatuur worden structuren als volgt als volgt geordend: het is onpraktisch om de MOP-aanduiding te gebruiken, structuren op oxiden worden als een speciaal geval van MIS( metaal, diëlektricum, halfgeleider) beschouwd. De Schottky-barrière( MeP) moet afzonderlijk worden geïdentificeerd, omdat het een andere structuur is. Herinnert eigenschappen p-n-overgang. We voegen daaraan toe dat structureel het diëlektricum( siliciumnitride) en oxide( tetravalent silicium) in staat zijn om tegelijkertijd de transistor binnen te gaan, zoals gebeurde met KP305.Dergelijke technische oplossingen worden gebruikt door mensen die op zoek zijn naar methoden om de unieke eigenschappen van het product te verkrijgen, waardoor de kosten worden verlaagd.

Onder vreemde afkortingen voor veldeffecttransistors is de combinatie-FET gereserveerd, soms staat deze voor het type besturing met een pn-overgang. In het laatste geval ontmoeten we JFET.Woorden zijn synoniemen. In het buitenland is het gebruikelijk om oxide( MOSFET, MOS, MOST - synoniemen) en nitride( MNS, MNSFET) veldeffecttransistors te scheiden. De aanwezigheid van een Schottky-barrière is gemarkeerd met SBGT.Blijkbaar is de materiële waarde, de binnenlandse literatuur de betekenis van het feit stil.

De elektroden van veldeffecttransistoren in de diagrammen worden aangeduid met: D( afvoer) - afvoer, S( bron) - bron, G( poort) - poort. Substraat wordt substraat genoemd.

Field-effect transistorapparaat

De besturingselektrode van een veldeffecttransistor wordt een gate genoemd. Het kanaal wordt gevormd door een halfgeleider van willekeurig geleidingstype. De polariteit van de stuurspanning is positief of negatief. Het veld van het overeenkomstige teken verplaatst vrije dragers totdat de landengte onder de poortelektrode helemaal leeg is. Bereikt door een veld toe te passen op de pn-overgang of de homogene halfgeleider. De stroom wordt nul. Dit is hoe een veldeffecttransistor werkt.

De stroom loopt van de bron naar de afvoer, beginners worden traditioneel gekweld door de vraag of ze de twee aangegeven elektroden onderscheiden. Er is geen verschil in welke richting de ladingen bewegen. Veldeffecttransistor is omkeerbaar. De unipolariteit van de ladingsdragers verklaart het lage geluidsniveau. Daarom bezetten veldeffecttransistoren in de technologie een dominante positie.

Een hoofdkenmerk van de apparaten is een grote ingangsweerstand, vooral wisselstroom. Het voor de hand liggende feit komt voort uit de besturing van de omgekeerde voorgespannen pn-overgang( de Schottky-overgang) of de capaciteit van de technologische condensator in het gebied van de geïsoleerde poort.

Substraten zijn vaak uitstekende ongelegeerde halfgeleiders. Voor veldeffecttransistors met een Schottky-poort - galliumarsenide. In zuivere vorm is het een goede isolator waaraan het product de volgende eisen stelt:

1. Geen negatieve verschijnselen op de verbinding met het kanaal, de bron, de afvoer: lichtgevoeligheid, parasitaire controle over het substraat, hysterese van parameters.
2. Thermische stabiliteit tijdens de technologische cycli van productproductie: weerstand tegen gloeien, epitaxie. Het gebrek aan diffusie van onzuiverheden in de actieve lagen veroorzaakt door deze degradatie.
3. Minimale onzuiverheden. De vereiste hangt nauw samen met de vorige.
4. Hoogwaardig kristalrooster, minimale defecten.

Het is moeilijk om een ​​laag met een aanzienlijke dikte te maken die voldoet aan de lijst met voorwaarden. Daarom wordt de vijfde eis toegevoegd, die bestaat uit de mogelijkheid van een geleidelijke groei van het substraat tot de gewenste grootte.

Veldeffecttransistors met besturingspn-junctie en MeP

In dit geval verschilt het geleidingsvermogen van het poortmateriaal van dat wat door het kanaal wordt gebruikt. In de praktijk zijn er verschillende verbeteringen. De sluiter is samengesteld uit vijf gebieden, verzonken in het kanaal. Een lagere spanning kan de stroming regelen. Gemiddelde toename in winst.

De omgekeerde voorspanning van de pn-overgang wordt gebruikt in de circuits: hoe sterker, hoe smaller het kanaal voor stroom. Bij een bepaalde spanningswaarde is de transistor vergrendeld. Forward bias is gevaarlijk vanwege het feit dat een krachtig gecontroleerd circuit het gate-circuit kan beïnvloeden. Als de kruising open is, stroomt er een grote stroom of wordt er een hoge spanning toegepast. De normale modus wordt geleverd door de juiste selectie van polariteit en andere kenmerken van de krachtbron, de keuze van het werkpunt van de transistor.

In sommige gevallen worden echter opzettelijk rechtstreekse poortstromen gebruikt. Het is opmerkelijk dat die MOSFET's deze modus kunnen gebruiken, waarbij het substraat een pn-overgang vormt met het kanaal. De bewegende lading van de bron is verdeeld tussen de poort en de afvoer. U kunt het gebied vinden waar een significante stroomwinst wordt verkregen. Gecontroleerd door de sluiter-modus. Met een toename in stroom iz( tot 100 μA), gaan de parameters van het circuit sterk achteruit.

Een soortgelijke opname wordt gebruikt door het zogenaamde poortfrequentiedetectieschakeling. Het ontwerp maakt gebruik van de gelijkrichtende eigenschappen van de pn-overgang tussen de poort en het kanaal. Voorwaartse verplaatsing is klein of zelfs nul. Het apparaat wordt nog steeds bestuurd door de poortstroom. In het afvoercircuit wordt een aanzienlijke signaalversterking verkregen. Gerectificeerde spanning voor de poort blokkeert, varieert volgens de invoerwet. Gelijktijdig met detectie wordt signaalversterking bereikt. De spanning van het afvoercircuit bevat componenten:

• Constant component. Niet gebruikt.
• Signaal met draaggolffrequentie. Plant op de grond met behulp van filtertanks.
• Signaal met basisbandfrequentie. Verwerkt om de verpande informatie te extraheren.

Het nadeel van de poortfrequentiedetector wordt beschouwd als een grote niet-lineaire vervormingsfactor. Bovendien zijn de resultaten even slecht voor zwakke( kwadratische afhankelijkheid van de werkkarakteristiek) en sterke( uitgang naar de cut-offmodus) signalen. Een enigszins betere demonstreert de fasedetector op een transistor met dubbele poort. Een referentiesignaal wordt toegevoerd aan één stuurelektrode, een informatiecomponent wordt gevormd op de afvoer, versterkt door een veldeffecttransistor.

Ondanks grote lineaire vervormingen, wordt het effect gebruikt. Bijvoorbeeld in selectieve vermogensversterkers gedoseerd door het verzenden van een smal frequentiespectrum. Harmonischen worden gefilterd, hebben geen grote impact op de uiteindelijke kwaliteit van het circuit.

Schottky barrière metaal-halfgeleider( MeP) transistoren zijn bijna identiek aan die met een pn-overgang. Tenminste als het gaat om werkprincipes. Maar dankzij de speciale kwaliteiten van de overgang tussen metaal en halfgeleiders kunnen de producten met een hogere frequentie werken( tientallen GHz, de grensfrequenties in de regio van 100 GHz).Tegelijkertijd is de MeP-structuur eenvoudiger te implementeren als het gaat om productieprocessen en technologische processen. De frequentiekarakteristieken worden bepaald door de gate-oplaadtijd en draaggolfmobiliteit( voor GaAs over 10.000 sq. Cm / V s).

MOSFET

In MOS-structuren is de gate betrouwbaar geïsoleerd van het kanaal, de besturing is volledig te wijten aan het effect van het veld. Isolatie wordt uitgevoerd door siliciumoxide of nitride. Het is deze coatings gemakkelijker aan te brengen op het oppervlak van het kristal. Het is opmerkelijk dat in dit geval er ook metaal-halfgeleiderovergangen zijn in het gebied van de source en drain, zoals in elke polaire transistor. Dit feit is door veel auteurs vergeten of wordt genoemd bij het gebruik van de mysterieuze uitdrukking "ohmse contacten".

In het onderwerp over de Schottky-diode werd deze vraag gesteld. Niet altijd op de kruising van metalen en halfgeleiderbarrière. In sommige gevallen, ohm contact. Het hangt voor het grootste deel af van de kenmerken van technologische verwerking en geometrische dimensies. Technische kenmerken van echte apparaten zijn sterk afhankelijk van verschillende defecten van de oxide( nitride) laag. Dit zijn er een paar:

1. De imperfectie van het kristalrooster in het oppervlaktegebied is te wijten aan gebroken verbindingen aan de grens van de materiaalverandering. De invloed wordt uitgeoefend als vrije atomen van een halfgeleider, daar en onzuiverheden zoals zuurstof, wat in ieder geval is. Bijvoorbeeld bij het gebruik van epitaxie-methoden. Als gevolg hiervan verschijnen energieniveaus die in de diepte van de verboden zone liggen.
2. Aan de grens van het oxide en de halfgeleider( 3 nm dik) wordt een overmatige lading gevormd waarvan de aard nog niet is toegelicht. Vermoedelijk wordt de rol gespeeld door positieve lege ruimten( gaten) van defecte atomen van de halfgeleider zelf en zuurstof.
3. De drift van geïoniseerde atomen van natrium, kalium en andere alkalimetalen treedt op bij lage spanningen op de elektrode. Dit verhoogt de lading geaccumuleerd aan de grens van de lagen. Om dit effect in siliciumoxide te blokkeren, wordt fosforoxide( anhydride) gebruikt.

Volumetrische positieve lading in oxide beïnvloedt de drempelspanning waarbij het kanaal wordt ontgrendeld. De parameter bepaalt de schakelsnelheid en bepaalt de lekstroom( onder de drempelwaarde).Bovendien wordt de reactie beïnvloed door het poortmateriaal, de dikte van de oxidelaag en de concentratie van onzuiverheden. Het resultaat komt dus opnieuw neer op technologie. Om de opgegeven modus te krijgen, selecteert u materialen, geometrische afmetingen, productieproces met lage temperaturen. Afzonderlijke technieken zullen ook het aantal defecten verminderen, wat een gunstige invloed heeft op de vermindering van de parasitaire lading.