Полевой транзистор
-
История полевых транзисторов
- Полевые транзисторы (FET) используют электрическое поле для управления током через полупроводник.
- Существуют два типа FET: JFET и MOSFET.
- Полевые транзисторы имеют три терминала: исток, затвор и сток.
-
История JFET
- JFET был запатентован Генрихом Велькером в 1945 году.
- Статический индукционный транзистор (SIT) был изобретен в 1950 году.
- Первый практический JFET был создан в 1953 году.
-
История MOSFET
- MOSFET был разработан Уильямом Шокли, Джоном Бардином и Уолтером Браттейном.
- Бардин предложил использовать инверсионный слой для улучшения проводимости.
- В 1955 году Карл Фрош и Линкольн Деррик случайно вырастили слой диоксида кремния на кремниевой пластине.
-
Развитие MOSFET
- В 1959 году Мохамед Аталла и Давон Канг предложили кремниевый МОП-транзистор.
- В 1960 году Аталла и Канг успешно продемонстрировали работающее МОП-устройство.
- МОП-транзисторы стали наиболее распространенным типом транзисторов благодаря своей компактности и энергоэффективности.
-
История и развитие КМОП-технологии
- КМОП-технология разработана Чи-Тангом Саом и Фрэнком Ванлассом в 1963 году.
- Первое сообщение о МОП-транзисторе с плавающим затвором сделано Давоном Каном и Саймоном Зе в 1967 году.
- Концепция тонкопленочного транзистора с двойным затвором предложена Н. R. Фарра и Р. F. Стейнбергом в 1967 году.
- Двухзатворный МОП-транзистор впервые продемонстрирован в 1984 году.
- FinFET (полевой транзистор fin) возник в 1989 году.
-
Основные компоненты и функции полевых транзисторов
- Полевые транзисторы состоят из активного канала, истока, стока и затвора.
- Проводимость канала зависит от потенциала на затворе и источнике.
- Терминалы: источник, сток, затвор, корпус.
- Корпус служит для приведения транзистора в рабочее состояние.
-
Влияние напряжения на затворе
- Напряжение на затворе управляет размером и формой проводящего канала.
- В n-канальном устройстве отрицательное напряжение сужает канал, а положительное расширяет.
- В p-канальном устройстве положительное напряжение расширяет обедненный слой, а отрицательное создает канал.
-
Влияние напряжения между стоком и источником
- В линейном режиме ток стока пропорционален напряжению стока.
- В режиме насыщения ток стока остается постоянным, независимо от напряжения стока.
-
Композиция и материалы
- Полевые транзисторы изготавливаются из различных полупроводников, включая кремний.
- Используются аморфный кремний, поликристаллический кремний, органические полупроводники.
- В 2011 году IBM использовала полевые транзисторы на основе графена.
-
Типы полевых транзисторов
- Канал полевого транзистора может быть n-типа или p-типа.
-
Типы полевых транзисторов
- DGMOSFET (МОП-транзистор с двумя затворами)
- IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором)
- JLNT (Junctionless nanowire transistor)
- MNOS (металл–нитрид–оксид–полупроводник)
- ISFET (ионно-чувствительный полевой транзистор)
- BioFET (Биологически чувствительный полевой транзистор)
- DNAFET (ДНК-полевой транзистор)
- FinFET (включая GAAFET)
- SIT (статический индукционный транзистор)
- DEPFET (полевой транзистор на полностью разряженной подложке)
- FREDFET (fast-reverse или эпитаксиальный диод с быстрым восстановлением)
- HIGFET (гетероструктурный полевой транзистор с изолированным затвором)
- MODFET (modulation-doped field-effect transistor)
- TFET (туннельный полевой транзистор)
- TQFET (топологический квантовый полевой транзистор)
- HEMT (транзистор с высокой подвижностью электронов)
- MESFET (металл–полупроводник)
- NOMFET (полевой транзистор с органической памятью на основе наночастиц)
- GNRFET (graphene nanoribbon field-effect transistor)
- VeSFET (полевой транзистор с вертикальной щелью)
- CNTFET (полевой транзистор из углеродных нанотрубок)
- OFET (органический полевой транзистор)
- QFET (quantum field effect transistor)
- SB-FET (полевой транзистор с барьером Шоттки)
- GFET (высокочувствительный полевой транзистор на основе графена)
- Fe (полевой транзистор с сегнетоэлектриком)
- VTFET (полевой транзистор с вертикальным переносом)
-
Преимущества полевых транзисторов
- Высокое сопротивление по току затвора-стока
- Низкий уровень шума
- Отсутствие напряжения смещения при нулевом токе стока
- Лучшая термостойкость
- Низкое энергопотребление
-
Недостатки полевых транзисторов
- Низкая пропускная способность
- Чувствительность к напряжениям перегрузки
- Хрупкий изолирующий слой
- Высокое сопротивление «включению» и низкое сопротивление «выключению»
- Компромисс между номинальным напряжением и сопротивлением «включено»
-
Режимы сбоя
- Надежны при правильной эксплуатации
- Могут содержать корпусной диод
- Медленная работа при включении паразитного транзистора
-
Использование полевых транзисторов
- МОП-транзисторы в CMOS-технологиях
- Переключение аналоговых сигналов
- Использование в качестве усилителя
- IGBT для переключения катушек зажигания
- Транзисторы со стробируемым источником для крупногабаритной электроники