Feldeffekttransistor

Ein Feldeffekttransistor ist eine elektrische Halbleitervorrichtung, deren Ausgangsstrom von einem Feld, also von einer Spannung mit demselben Vorzeichen, gesteuert wird. Das Formiersignal wird dem Gate zugeführt, es regelt die Leitung des Kanals vom n- oder p-Typ. Im Gegensatz zu Bipolartransistoren, bei denen das Signal eine wechselnde Polarität aufweist. Das zweite Zeichen ist die Bildung des Stroms ausschließlich durch die Hauptbeförderer( des gleichen Zeichens).

Klassifizierung von Feldeffekttransistoren

Beginnen wir mit der Klassifizierung. Es gibt zahlreiche Feldeffekttransistoren, die nach dem Algorithmus arbeiten:

1. Art des Leitungskanals: n oder p. Der Faktor bestimmt die Polarität der Steuerspannung.
2. Nach Struktur. Mit pn-Übergang verschmolzen, Diffusion, MDP( MOP), mit einem Schottky-Barriere-Dünnfilm.
3. Die Anzahl der Elektroden beträgt 3 oder 4. In letzterem Fall wird das Substrat als separates Objekt betrachtet, sodass Sie den Stromfluss durch den Kanal( neben dem Gate) steuern können.
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4. Leitermaterial. Silizium, Germanium, Galliumarsenid sind heute üblich. Das Halbleitermaterial ist mit den Symbolbuchstaben( K, D, A) oder( in Produkten der Militärindustrie) Nummern( 1, 2, 3) gekennzeichnet.
5. Die Anwendungsklasse ist nicht in der Kennzeichnung enthalten. Dies wird durch Nachschlagewerke angegeben, aus denen hervorgeht, dass der Feldeffekttransistor häufig in Verstärker und Funkempfänger enthalten ist. In der Weltpraxis gibt es eine Einteilung in die folgenden fünf Gruppen: Hoch-, Niederfrequenz-, Gleichstromverstärker, Modulatoren und wichtige.
   

   Halbleitertransistor

6. Der Bereich der elektrischen Parameter bestimmt den Wertebereich, in dem der Feldeffekttransistor funktionsfähig bleibt. Spannung, Strom, Frequenz.
7. Durch Designmerkmale können Unitons, Alkathrons, Technetrons und Gitterwiderstände unterschieden werden. Jedes Gerät ist mit wichtigen Funktionen ausgestattet. Alkatron-Elektroden bestehen aus konzentrischen Ringen, wodurch der Stromfluss erhöht wird.
8. Durch die Anzahl der von einem Substrat umschlossenen Strukturelemente wird ein doppeltes Komplementärbild abgegeben.

Neben der allgemeinen Klassifizierung wurde ein spezielles, definierendes Funktionsprinzip erfunden. Unterscheiden:

1. Feldeffekttransistoren mit PN-Junction-Steuerung.
2. Schottky-Feldeffekttransistoren. Isolierte Feldeffekttransistoren
3. :

• Mit eingebautem Kanal.
• Mit einem induzierten Kanal.

In der Literatur sind Strukturen zusätzlich wie folgt geordnet: Die Verwendung der MOP-Bezeichnung ist unpraktisch, Strukturen auf Oxiden gelten als Sonderfall von MIS( Metall, Dielektrikum, Halbleiter).Die Schottky-Barriere( MeP) sollte separat identifiziert werden, da sie eine andere Struktur aufweist. Erinnert an den p-n-Übergang von Eigenschaften. Wir fügen hinzu, dass das Dielektrikum( Siliziumnitrid) und das Oxid( vierwertiges Silizium) strukturell in der Lage sind, gleichzeitig in den Transistor einzutreten, wie dies bei KP305 der Fall ist. Solche technischen Lösungen werden von Menschen genutzt, die nach Methoden suchen, um die einzigartigen Eigenschaften des Produkts zu erhalten und die Kosten zu senken.

Unter den ausländischen Abkürzungen für Feldeffekttransistoren ist der Kombinations-FET reserviert, manchmal bezeichnet er die Art der Steuerung mit einem pn-Übergang. Im letzteren Fall treffen wir dabei auf JFET.SynonymeIm Ausland ist es üblich, Oxid-( MOSFET, MOS, MOST-Synonyme) und Nitrid-Feldeffekttransistoren( MNS, MNSFET) zu trennen. Das Vorhandensein einer Schottky-Barriere ist mit SBGT gekennzeichnet. Anscheinend ist der materielle Wert, die inländische Literatur die Bedeutung der Tatsache still.

Die Elektroden der Feldeffekttransistoren in den Diagrammen sind mit D( Drain) - Drain, S( Source) - Source, G( Gate) - Gate bezeichnet. Substrat wird als Substrat bezeichnet.

Feldeffekttransistor

Die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors wird als Gate bezeichnet. Der Kanal wird durch einen Halbleiter mit beliebigem Leitfähigkeitstyp gebildet. Die Polarität der Steuerspannung ist positiv oder negativ. Das Feld des entsprechenden Zeichens verschiebt freie Träger, bis der Isthmus unter der Gateelektrode überhaupt leer ist. Wird durch Anlegen eines Feldes an den pn-Übergang oder an den homogenen Halbleiter erreicht. Der Strom wird zu Null. So funktioniert ein Feldeffekttransistor.

Der Strom fließt von der Source zum Drain, Anfänger werden traditionell von der Frage nach der Unterscheidung der beiden angegebenen Elektroden gequält. Es gibt keinen Unterschied, in welche Richtung sich die Ladungen bewegen. Feldeffekttransistor ist reversibel. Die Unipolarität der Ladungsträger erklärt den niedrigen Geräuschpegel. Daher nehmen Transistoren auf dem Gebiet der Technologie eine beherrschende Stellung ein.

Ein Hauptmerkmal der Geräte ist ein großer Eingangswiderstand, insbesondere Wechselstrom. Die offensichtliche Tatsache ergibt sich aus der Steuerung des in Sperrrichtung vorgespannten pn-Übergangs( des Schottky-Übergangs) oder der Kapazität des technologischen Kondensators im Bereich des isolierten Gates.

-Substrate sind häufig unlegierte Halbleiter. Für Feldeffekttransistoren mit einem Schottky-Gate - Galliumarsenid. In seiner reinen Form ist es ein guter Isolator, an den das Produkt die folgenden Anforderungen stellt:

1. Keine negativen Erscheinungen an der Verbindung mit dem Kanal, der Quelle und dem Drain: Lichtempfindlichkeit, parasitäre Steuerung des Substrats, Hysterese der Parameter.
2. Thermische Stabilität während der technologischen Zyklen der Produktherstellung: Glühen, Epitaxie. Der Mangel an Diffusion von Verunreinigungen in den aktiven Schichten wird durch diesen Abbau verursacht.
3. Minimale Verunreinigungen. Die Anforderung steht in engem Zusammenhang mit der vorherigen.
4. Hochwertiges Kristallgitter, minimale Defekte.

Es ist schwierig, eine Schicht von erheblicher Dicke zu erstellen, die die Liste der Bedingungen erfüllt. Daher wird die fünfte Anforderung hinzugefügt, die in der Möglichkeit eines allmählichen Wachstums des Substrats auf die gewünschte Größe besteht.

Feldeffekttransistoren mit Steuer-pn-Übergang und MeP

In diesem Fall unterscheidet sich die Art der Leitfähigkeit des Gate-Materials von der im Kanal verwendeten. In der Praxis gibt es verschiedene Verbesserungen. Der Verschluss besteht aus fünf im Kanal eingelassenen Bereichen. Eine niedrigere Spannung kann den Stromfluss steuern. Mittlere Zunahme der Verstärkung.

Die Sperrvorspannung des pn-Übergangs wird in den Schaltkreisen verwendet: Je stärker, desto schmaler ist der Kanal für den Stromfluss. Bei einem bestimmten Spannungswert ist der Transistor gesperrt. Die Durchlassvorspannung ist gefährlich, da eine starke gesteuerte Schaltung die Gate-Schaltung beeinflussen kann. Wenn die Verbindung offen ist, fließt ein großer Strom oder es wird eine hohe Spannung angelegt. Der Normalmodus wird durch die richtige Wahl der Polarität und andere Eigenschaften der Stromquelle bereitgestellt, die Wahl des Arbeitspunkts des Transistors.

In einigen Fällen werden jedoch absichtlich direkte Gateströme verwendet. Es ist bemerkenswert, dass diese MOSFETs diesen Modus verwenden können, bei dem das Substrat mit dem Kanal einen pn-Übergang bildet. Die bewegte Ladung der Source wird zwischen Gate und Drain aufgeteilt. Sie können den Bereich finden, in dem eine signifikante Stromverstärkung erzielt wird. Gesteuert durch den Verschlussmodus. Mit einer Erhöhung des Stroms iz( bis zu 100 μA) verschlechtern sich die Parameter der Schaltung stark.

Ein ähnlicher Einschluss wird von der sogenannten Gate-Frequenz-Detektorschaltung verwendet. Das Design nutzt die gleichrichtenden Eigenschaften des pn-Übergangs zwischen dem Gate und dem Kanal. Die Vorwärtsverschiebung ist klein oder sogar Null. Das Gerät wird weiterhin vom Gatestrom gesteuert. In der Drainschaltung wird eine signifikante Signalverstärkung erhalten. Die gleichgerichtete Spannung für das Gate ist blockiert und variiert je nach dem Eingangsgesetz. Gleichzeitig mit der Detektion wird eine Signalverstärkung erreicht. Die Spannung des Drain-Kreises enthält Komponenten:

• Konstante Komponente. Nicht verwendet
• Signal mit Trägerfrequenz. Mit Filterbehältern auf dem Boden anpflanzen.
• Signal mit Basisbandfrequenz. Verarbeitet, um die zugesicherten Informationen zu extrahieren.

Der Nachteil des Gate-Frequenz-Detektors wird als großer nichtlinearer Verzerrungsfaktor angesehen. Darüber hinaus sind die Ergebnisse für schwache( quadratische Abhängigkeit der Arbeitscharakteristik) und starke( Austritt in den Abschaltmodus) gleichermaßen schlecht. Etwas besser demonstriert der Phasendetektor an einem Doppelgate-Transistor. Ein Referenzsignal wird einer Steuerelektrode zugeführt, auf dem Drain wird eine Informationskomponente gebildet, die durch einen Feldeffekttransistor verstärkt wird.

Trotz großer linearer Verzerrungen wird der Effekt genutzt. Zum Beispiel bei selektiven Leistungsverstärkern, die durch Senden eines schmalen Frequenzspektrums gemessen werden. Oberschwingungen werden gefiltert und haben keinen großen Einfluss auf die Endqualität der Schaltung.

-Schottky-Barriere-Metall-Halbleiter-Transistoren( MeP-Transistoren) sind nahezu identisch mit denen mit einem pn-Übergang. Zumindest wenn es um Arbeitsprinzipien geht. Dank der besonderen Eigenschaften des Metall-Halbleiter-Übergangs können die Produkte jedoch mit einer erhöhten Frequenz arbeiten( mehrere zehn GHz, Grenzfrequenzen im Bereich von 100 GHz).Gleichzeitig ist die MeP-Struktur in Fertigungs- und Technologieprozessen einfacher zu implementieren. Die Frequenzcharakteristiken werden durch die Gate-Ladezeit und die Trägerbeweglichkeit bestimmt( für GaAs über 10.000 sq cm / Vs).

-MOSFET

In MOS-Strukturen ist das Gate zuverlässig vom Kanal isoliert. Die Steuerung ist vollständig auf die Feldwirkung zurückzuführen. Die Isolierung erfolgt durch Siliziumoxid oder Nitrid. Es ist diese Beschichtungen leichter auf die Oberfläche des Kristalls aufzutragen. Es ist bemerkenswert, dass in diesem Fall, wie bei jedem Polartransistor, auch Metall-Halbleiter-Übergänge im Source- und Drain-Bereich auftreten. Diese Tatsache wird von vielen Autoren vergessen oder durch die Verwendung des mysteriösen Ausdrucks "Ohmsche Kontakte" erwähnt.

Im Thema der Schottky-Diode wurde diese Frage aufgeworfen. Nicht immer am Übergang von Metall und Halbleitersperre. In manchen Fällen ohmscher Kontakt. Sie hängt zum größten Teil von den Merkmalen der technologischen Verarbeitung und den geometrischen Abmessungen ab. Technische Eigenschaften realer Bauelemente hängen stark von verschiedenen Defekten der Oxidschicht( Nitridschicht) ab. Hier sind einige:

1. Die Unvollkommenheit des Kristallgitters im Oberflächenbereich ist auf gebrochene Bindungen an der Grenze der Materialänderung zurückzuführen. Der Einfluss wird als freie Atome eines Halbleiters ausgeübt, dort und Verunreinigungen wie Sauerstoff, der auf jeden Fall vorhanden ist. Zum Beispiel bei der Verwendung von Epitaxieverfahren. Als Ergebnis erscheinen Energieniveaus, die in der Tiefe der verbotenen Zone liegen.
2. An der Grenze von Oxid und Halbleiter( 3 nm dick) bildet sich eine überschüssige Ladung, deren Natur noch nicht erläutert wurde. Vermutlich spielen positive Leerräume( Löcher) defekter Atome des Halbleiters selbst und Sauerstoff die Rolle.
3. Die Abwanderung ionisierter Atome von Natrium, Kalium und anderen Alkalimetallen tritt bei niedrigen Spannungen an der Elektrode auf. Dies erhöht die Ladung, die sich an der Grenze der Schichten ansammelt. Um diesen Effekt in Siliziumoxid zu blockieren, wird Phosphoroxid( Anhydrid) verwendet.

Volumetrische positive Ladung in Oxid beeinflusst die Schwellenspannung, bei der der Kanal nicht gesperrt ist. Der Parameter bestimmt die Schaltgeschwindigkeit und bestimmt den Ableitstrom( unterhalb der Schwelle).Zusätzlich wird die Reaktion durch das Gatematerial, die Dicke der Oxidschicht und die Konzentration der Verunreinigungen beeinflusst. Das Ergebnis kommt also wieder auf die Technik zurück. Um den angegebenen Modus zu erhalten, wählen Sie Materialien, geometrische Abmessungen und Herstellungsverfahren mit niedrigen Temperaturen aus. Separate Techniken reduzieren auch die Anzahl der Defekte, was sich günstig auf die Verringerung der parasitären Ladung auswirkt.