Transistor à effet de champ

Un transistor à effet de champ est un dispositif électrique à semi-conducteur dont le courant de sortie est contrôlé par un champ, donc par une tension du même signe. Le signal de formation est envoyé à la porte, il régule la conduction du canal de type n ou p. Contrairement aux transistors bipolaires, où le signal est de polarité alternée. Le deuxième signe est la formation du courant exclusivement par les principaux transporteurs( du même signe).

Classification des transistors à effet de champ

Commençons par la classification. Les variétés de transistors à effet de champ sont nombreuses, chacune fonctionnant selon l'algorithme suivant:

1. Type de canal de conduction: n ou p. Le facteur détermine la polarité de la tension de commande.
2. Par structure. Avec fusion-pn fusionnée, diffusion, MDP( MOP), avec barrière de Schottky, film mince.
3. Le nombre d'électrodes est de 3 ou 4. Dans ce dernier cas, le substrat est considéré comme un sujet distinct, ce qui vous permet de contrôler le flux de courant dans le canal( en plus de la porte).Matériau conducteur
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4. .Le silicium, le germanium, l'arséniure de gallium sont courants aujourd'hui. Le matériau semi-conducteur est identifié par les lettres de symbole( K, D, A) ou( dans les produits de l'industrie militaire) par des chiffres( 1, 2, 3).
5. La classe d'applications n'est pas incluse dans le marquage, ce qui est indiqué dans les ouvrages de référence indiquant que le transistor à effet de champ est souvent inclus dans la composition d'amplificateurs, de récepteurs radio. Dans la pratique mondiale, il existe une division de l’applicabilité dans les 5 groupes suivants: hautes, basses fréquences, amplificateurs de courant continu, modulateurs, principaux.
   

   Transistor à semi-conducteur

6. La plage de paramètres électriques détermine l'ensemble des valeurs dans lesquelles le transistor à effet de champ reste utilisable. Tension, courant, fréquence.
7. Les caractéristiques de conception distinguent les unitrons, les alcathrons, les technétrons et les résistances de grille. Chaque appareil est doté de fonctionnalités clés. Les électrodes Alkatron sont constituées d'anneaux concentriques, ce qui augmente la quantité de courant qui circule.
8. Par le nombre d'éléments structurels entourés par un substrat émettent double, complémentaires.

Outre la classification générale, un principe de fonctionnement spécifique et définissant a été inventé.Distinguer:

1. Transistors à effet de champ avec commande à jonction pn.
2. Transistors à effet de champ Schottky.
3. Transistors à effet de champ isolés:

• Avec canal intégré.
• Avec un canal induit.

Dans la littérature, les structures sont en outre classées comme suit: l'utilisation de la désignation MOP n'est pas pratique, les structures sur oxydes sont considérées comme un cas particulier de MIS( métal, diélectrique, semi-conducteur).La barrière de Schottky( MeP) doit être identifiée séparément car il s'agit d'une structure différente. Rappelle les propriétés p-n-transition. Nous ajoutons que structurellement le diélectrique( nitrure de silicium) et l’oxyde( silicium tétravalent) sont capables de pénétrer dans le transistor en même temps, comme cela s’est passé avec KP305.De telles solutions techniques sont utilisées par des personnes recherchant des méthodes pour obtenir les propriétés uniques du produit, réduisant ainsi les coûts. Dispositifs FET

Parmi les abréviations étrangères des transistors à effet de champ, la combinaison FET est réservée, elle désigne parfois le type de commande à jonction pn. Dans ce dernier cas, nous rencontrons JFET.Synonymes.À l’étranger, il est courant de séparer les transistors à effet de champ oxyde( MOSFET, MOS, MOST - synonymes) et nitrure( MNS, MNSFET).La présence d'une barrière de Schottky est marquée avec SBGT.Apparemment, la valeur matérielle, la littérature nationale la signification du fait est silencieuse.

Les électrodes des transistors à effet de champ dans les schémas sont notées: D( drain) - drain, S( source) - source, G( grille) - grille. Le substrat est appelé substrat.

Dispositif à transistor à effet de champ

L'électrode de commande d'un transistor à effet de champ est appelée grille. Le canal est formé par un semi-conducteur de type de conductivité arbitraire. La polarité de la tension de commande est positive ou négative. Le champ du signe correspondant déplace les porteurs libres jusqu'à ce que l'isthme situé sous l'électrode de grille se vide complètement. Réalisé en appliquant un champ à la jonction pn ou au semi-conducteur homogène. Le courant devient nul. Voici comment fonctionne un transistor à effet de champ.

Le courant circule de la source au drain, les débutants étant traditionnellement tourmentés par la question de la distinction des deux électrodes indiquées. Il n'y a aucune différence dans la direction dans laquelle les charges évoluent. Le transistor à effet de champ est réversible. L'unipolarité des porteurs de charge explique le faible niveau de bruit. Par conséquent, dans le domaine de la technologie, les transistors occupent une position dominante.

Une caractéristique clé des dispositifs est leur grande résistance d'entrée, en particulier leur courant alternatif. L'évidence découle du contrôle de la jonction pn polarisée en inverse( la transition de Schottky) ou de la capacité du condensateur technologique dans la région de la porte isolée.

Les substrats sont souvent des semi-conducteurs non alliés en saillie. Pour les transistors à effet de champ avec une porte Schottky - arséniure de gallium. Dans sa forme pure, c’est un bon isolant auquel le produit comporte les exigences suivantes:

1. Aucun phénomène négatif à la jonction avec le canal, la source, le drain: photosensibilité, contrôle parasite du substrat, hystérésis des paramètres.
2. Stabilité thermique pendant les cycles technologiques de fabrication du produit: résistance au recuit, épitaxie. L'absence de diffusion d'impuretés dans les couches actives causée par cette dégradation.
3. Impuretés minimales. Cette exigence est étroitement liée à la précédente.
4. Réseau cristallin de haute qualité, défauts minimaux.

Il est difficile de créer une couche d'épaisseur considérable qui remplisse la liste des conditions. Par conséquent, la cinquième condition est ajoutée, qui consiste en la possibilité d’une croissance graduelle du substrat à la taille souhaitée.

Transistors à effet de champ avec jonction pn de commande et MeP

Dans ce cas, le type de conductivité du matériau de la grille diffère de celui utilisé par le canal. En pratique, il y a diverses améliorations. L'obturateur est composé de cinq zones, en retrait dans le canal. Une tension inférieure peut contrôler le flux de courant. Augmentation moyenne du gain.

La polarisation inverse de la jonction pn est utilisée dans les circuits: plus le canal utilisé pour l'écoulement du courant est fort et étroit.À une certaine valeur de tension, le transistor est verrouillé.La polarisation directe est dangereuse car un circuit contrôlé puissant peut affecter le circuit de porte. Si la jonction est ouverte, un courant important passera ou une tension élevée sera appliquée. Le mode normal est fourni par la sélection correcte de la polarité et d’autres caractéristiques de la source d’alimentation, le choix du point de fonctionnement du transistor.

Cependant, dans certains cas, des courants de grille directs sont utilisés intentionnellement. Il est à noter que ces MOSFET peuvent utiliser ce mode, dans lequel le substrat forme une jonction p-n avec le canal. La charge en mouvement de la source est divisée entre la porte et le drain. Vous pouvez trouver la zone où un gain de courant significatif est obtenu. Contrôlé par le mode d'obturateur. Avec une augmentation du courant iz( jusqu'à 100 µA), les paramètres du circuit se détériorent fortement.

Une inclusion similaire est utilisée par le soi-disant circuit détecteur de fréquence de grille. La conception exploite les propriétés de redressement de la jonction pn entre la porte et le canal. Le déplacement vers l'avant est petit, voire nul. L'appareil est toujours contrôlé par le courant de porte. Dans le circuit de drain, un gain de signal significatif est obtenu. La tension rectifiée pour la porte est bloquante, varie en fonction de la loi d'entrée. En même temps que la détection, l’amplification du signal est obtenue. La tension du circuit de drain contient des composants:

• Composant constant. Non utilisé.
• Signal avec fréquence porteuse. Plantez sur le sol en utilisant des réservoirs de filtres.
• Signal avec fréquence de bande de base. Traité pour extraire les informations promises.

L'inconvénient du détecteur de fréquence de porte est considéré comme un facteur de distorsion non linéaire élevé.De plus, les résultats sont tout aussi mauvais pour les signaux faibles( dépendance quadratique de la caractéristique de travail) et forts( sortie du mode de coupure).Un peu mieux montre le détecteur de phase sur un transistor à double grille. Un signal de référence est envoyé à une électrode de commande, une information est formée sur le drain, amplifiée par un transistor à effet de champ.

Malgré les fortes distorsions linéaires, l'effet est utilisé.Par exemple, dans les amplificateurs de puissance sélectifs mesurés en transmettant un spectre de fréquence étroit. Les harmoniques sont filtrés, n’ont pas d’impact important sur la qualité finale du circuit.

Les transistors Schottky à barrière métal-semi-conducteur( MeP) sont presque identiques à ceux dotés d'une jonction pn. Au moins quand il s'agit de principes de travail. Mais grâce aux qualités spéciales de la transition métal-semi-conducteur, les produits sont capables de fonctionner à une fréquence accrue( dizaines de GHz, fréquences limites voisines de 100 GHz).Dans le même temps, la structure MeP est plus simple à mettre en œuvre en matière de processus de fabrication et de processus technologiques. Les caractéristiques de fréquence sont déterminées par le temps de charge de la porte et la mobilité de la porteuse( pour le GaAs supérieur à 10 000 m² / m²).

MOSFET

Dans les structures MOS, la porte est isolée de manière fiable du canal, le contrôle étant entièrement dû à l'effet du champ. L'isolation est réalisée en oxyde de silicium ou en nitrure. Ce sont ces revêtements plus faciles à appliquer sur la surface du cristal. Il convient de noter que, dans ce cas, il existe également des transitions métal-semi-conducteur dans la zone de la source et du drain, comme dans tout transistor polaire. Ce fait est oublié par de nombreux auteurs ou est mentionné en passant par l’utilisation de la phrase mystérieuse «contacts ohmiques».

Dans le sujet sur la diode Schottky, cette question a été posée. Pas toujours à la jonction de la barrière métallique et semi-conductrice. Dans certains cas, contact ohmique. Cela dépend en grande partie des caractéristiques du traitement technologique et des dimensions géométriques. Les caractéristiques techniques des appareils réels dépendent fortement de divers défauts de la couche d'oxyde( nitrure).En voici quelques-unes:

1. L'imperfection du réseau cristallin dans la région de la surface est due à la rupture des liaisons à la limite du changement de matériau. L'influence est exercée sous forme d'atomes libres d'un semi-conducteur, là-bas et d'impuretés telles que l'oxygène, qui est en tout cas. Par exemple, lors de l’utilisation de méthodes d’épitaxie. En conséquence, des niveaux d'énergie apparaissent se trouvant dans la profondeur de la zone interdite.
2. À la limite de l'oxyde et du semi-conducteur( 3 nm d'épaisseur), il se forme un excès de charge dont la nature n'a pas encore été expliquée. Vraisemblablement, le rôle est joué par les espaces vides positifs( trous) d'atomes défectueux du semi-conducteur lui-même et de l'oxygène.
3. La dérive des atomes ionisés de sodium, de potassium et d'autres métaux alcalins se produit à basse tension sur l'électrode. Cela augmente la charge accumulée à la limite des couches. Pour bloquer cet effet dans l'oxyde de silicium, on utilise de l'oxyde de phosphore( anhydride).

La charge positive volumétrique en oxyde affecte la tension de seuil à laquelle le canal est déverrouillé.Le paramètre détermine la vitesse de commutation et le courant de fuite( inférieur au seuil).De plus, la réponse est influencée par le matériau de la grille, l'épaisseur de la couche d'oxyde et la concentration en impuretés. Ainsi, le résultat revient à la technologie. Pour obtenir le mode spécifié, sélectionnez des matériaux, des dimensions géométriques et un processus de fabrication à basse température. Des techniques distinctes permettront également de réduire le nombre de défauts, ce qui influe favorablement sur la réduction de la charge parasitaire.