Вы находитесь здесь: Главная > Транзисторы > Полевой транзистор

Полевой транзистор

Полевой транзисторЧасть 2. Полевой транзистор с изолированным затвором MOSFET

Полевой транзистор с изолированным затвором – это полевой транзистор, затвор которого электрически изолирован от проводящего канала полупроводника слоем диэлектрика. Благодаря этому, у транзистора очень высочайшее входное сопротивление (у неких моделей оно добивается 1017 Ом).

Механизм работы этого типа полевого транзистора, как и полевого транзистора с управляющим PN-переходом, основан на воздействии наружного электронного поля на проводимость прибора.

В согласовании со собственной физической структурой, полевой транзистор с изолированным затвором носит заглавие МОП-транзистор (Металл-Оксид-Полупроводник), либо МДП-транзистор (Металл-Диэлектрик-Полупроводник). Международное заглавие прибора – MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).

Полевой транзистор МДП-транзисторы делятся на два типа – со интегрированным каналом и с индуцированным каналом. В каждом из типов есть транзисторы с N–каналом и P-каналом.

Устройство МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом.

На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с N-каналом) сделаны две зоны с завышенной электропроводностью N+-типа. Все это покрывается узким слоем диэлектрика, обычно диоксида кремния SiO2. Через диэлектрический слой проходят железные выводы от областей N+-типа, именуемые стоком и истоком. Над диэлектриком находится железный слой затвора. Время от времени от подложки также идет вывод, который закорачивают с истоком

Работа МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом N-типа.

Подключим напряжение хоть какой полярности меж стоком и истоком. В данном случае электронный ток не пойдет, так как меж зонами N+ находиться область P, не пропускающая электроны. Дальше, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока Uзи, возникнет электронное поле. Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В итоге под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.

Когда Uзи достигнет собственного порогового значения, концентрация электронов в области затвора превзойдет концентрацию дырок. Меж стоком и истоком сформируется узкий канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток Iси. Чем выше напряжение на затворе транзистора Uзи, тем обширнее канал и, как следует, больше сила тока. Таковой режим работы полевого транзистора именуется режимом обогащения.

Механизм работы МДП-транзистора с каналом P–типа таковой же, лишь на затвор необходимо подавать отрицательное напряжение относительно истока.

Вольт-амперные свойства (ВАХ) МДП-транзистора с индуцированным каналом.

ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором похожи на ВАХ полевого транзистора с управляющим PN-переходом. Как видно на графике а), сначала ток Iси вырастает прямопропорционально росту напряжения Uси. Этот участок именуют омическая область (действует закон Ома), либо область насыщения (канал транзистора насыщается носителями заряда ). Позже, когда канал расширяется практически до предела, ток Iси фактически не вырастает. Этот участок именуют активная область.

Когда Uси превосходит определенное пороговое значение (напряжение пробоя PN-перехода), структура полупроводника разрушается, и транзистор преобразуется в обыденный проводник. Данный процесс не восстановим, и прибор приходит в негодность.

Устройство МДП-транзистора (MOSFET) со интегрированным каналом.

Физическое устройство МДП-транзистора со интегрированным каналом отличается от типа с индуцированным каналом наличием меж стоком и истоком проводящего канала.

Работа МДП-транзистора (MOSFET) со интегрированным каналом N-типа.

Полевой транзистор Подключим к транзистору напряжение меж стоком и истоком Uси хоть какой полярности. Оставим затвор отключенным (Uзи = 0). В итоге через канал пойдет ток Iси, представляющий из себя поток электронов.

Дальше, подключим к затвору отрицательное напряжение относительно истока. В канале возникнет поперечное электронное поле, которое начнет выталкивать электроны из зоны канала в сторону подложки. Количество электронов в канале уменьшиться, его сопротивление возрастет, и ток Iси уменьшиться. При повышении отрицательного напряжения на затворе, миниатюризируется сила тока. Такое состояние работы транзистора именуется режимом обеднения.

Если подключить к затвору положительное напряжение, возникшее электронное поле будет притягивать электроны из областей стока, истока и подложки. Канал расшириться, его проводимость повыситься, и ток Iси возрости. Транзистор войдет в режим обогащения.

Как мы лицезреем, МДП-транзистор со интегрированным каналом способен работать в 2-ух режимах — в режиме обеднения и в режиме обогащения.

Вольт-амперные свойства (ВАХ) МДП-транзистора со интегрированным каналом. Достоинства и недочеты полевых транзисторов перед биполярными.

Полевые транзисторы фактически вытеснили биполярные в ряде применений. Самое обширное распространение они получили в печатных платах в качестве ключей (электрических тумблеров)

Главные достоинства полевых транзисторов

Благодаря очень высочайшему входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов расходует очень не достаточно энергии, потому что фактически не потребляет входного тока.

Усиление по току у полевых транзисторов намного выше, чем у биполярных.

Существенно выше помехоустойчивость и надежность работы, так как из-за отсутствия тока через затвор транзистора, управляющая цепь со стороны затвора изолирована от выходной цепи со стороны стока и истока.

Полевой транзисторУ полевых транзисторов на порядок выше скорость перехода меж состояниями проводимости и непроводимости тока. Потому они могут работать на более больших частотах, чем биполярные.

Главные недочеты полевых транзисторов

Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при наименьшей температуре (150С), чем структура биполярных транзисторов (200С).

Полевой транзисторНевзирая на то, что полевые транзисторы потребляют намного меньше энергии, по сопоставлению с биполярными транзисторами, при работе на больших частотах ситуация кардинально изменяется. На частотах выше, приблизительно, чем 1.5 GHz, потребление энергии у МОП-транзисторов начинает возрастать по экспоненте. Потому скорость микропроцессоров закончила так быстро расти, и их производители перебежали на стратегию «многоядерности».

При изготовлении массивных МОП-транзисторов, в их структуре появляется «паразитный» биполярный транзистор. Для того, чтоб нейтрализовать его воздействие, подложку закорачивают с истоком. Это эквивалентно закорачиванию базы и эмиттера паразитного транзистора. В итоге напряжение меж базой и эмиттером биполярного транзистора никогда на достигнет нужного, чтоб он открылся (около 0.6В нужно, чтоб PN-переход снутри прибора начал проводить).

Полевой транзистор Но, при резвом скачке напряжения меж стоком и истоком полевого транзистора, паразитный транзистор может случаем открыться, в итоге чего, вся схема может выйти из строя.

Важным недочетом полевых транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству. Так как изоляционный слой диэлектрика на затворе очень узкий, время от времени даже относительно низкого напряжения бывает довольно, чтобы его повредить. А разряды статического напряжения, присутствующего фактически в каждой среде, способны достигать несколько тыщ вольт.

Потому наружные корпуса полевых транзисторов стараются создавать таким макаром, чтобы минимизировать возможность появления ненужного напряжения меж электродами прибора. Одним из таких способов является закорачивание истока с подложкой и их заземление. Также в неких моделях употребляют специально интегрированный диодик меж стоком и истоком. При работе с интегральными схемами (чипами), состоящими в большей степени из полевых транзисторов, лучше использовать заземленные антистатические браслеты. При транспортировке интегральных схем употребляют вакуумные антистатические упаковки

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • Twitter
  • RSS

Оставить комментарий

Подтвердите, что Вы не бот — выберите самый большой кружок: