Tranzystory polowe FET(JFET), MOSFET Ryszard J. Barczyński, 2009 2015 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego
Tranzystor polowy złączowy FET, JFET, J FET
Zasada działania tranzystora JFET budowa jest dosyć prosta... Tranzystor polowy złączowy, JFET (Junction Field-Effect Transistor) składa się z warstwy półprzewodnika (na przykład typu n) oraz silnie domieszkowanej warstwy półprzewodnika przeciwnego typu. Wyprowadzone są trzy końcówki: dren (drain, D); źródło (source, S) oraz bramka (gate, G)
Zasada działania tranzystora JFET zasada działania również jest prosta... Wytworzenie się złącza p-n powoduje wnikanie w obszar kanału obszaru zubożonego. Zaporowa polaryzacja bramki spowoduje zwiększenie tego obszaru i zmniejszenie efektywnej szerokości kanału - a zatem wzrost jego oporu.
Zasada działania tranzystora JFET W kanale tranzystora FET potencjał zmienia się wraz z położeniem. W zasadzie kanał możemy traktować jako rezystor o rozłożonej rezystancji przewodzący prąd IDS.
Zasada działania tranzystora FET Charakterystyka napięciowo prądowa Załóżmy, że bramka jest zwarta ze źródłem (UGS=0). Przy niewielkich prądach płynących przez kanał szerokość warstw zubożonych jest praktycznie równa na całej jego długości. I charakterystyka prądowo-napięciowa jest w przybliżeniu liniowa.
Zasada działania tranzystora FET Charakterystyka napięciowo prądowa W miarę wzrostu prądu zmienia się rozkład potencjału wzdłuż kanału i szerokość obszaru zubożonego wzrasta w stronę drenu. Ogranicza to efektywny przekrój kanału i charakterystyka odchyla się od linii prostej.
Zasada działania tranzystora FET budowa jest dosyć prosta... Dalszy wzrost napięcia drenu doprowadza w końcu do zetknięcia się obszarów zubożonych w sąsiedztwie drenu i zamknięcia (zaciśnięcia) kanału. W tych warunkach dalszy wzrost napięcia przestanie wywoływać wzrost prądu.
Zasada działania tranzystora FET budowa jest dosyć prosta... Przy ujemnej polaryzacji bramki następuje zwiększenie rezystancji kanału (mniejsza jest jego szerokość) i wcześniejsze zamknięcie kanału. Powyżej napięcia zamknięcia tranzystor daje się wykorzystać jako przyrząd wzmacniający (sterowany napięciem).
Tranzystor FET praca w układzie wspólnego źródła
Tranzystor FET praca w układzie wspólnego drenu
Tranzystor FET praca w układzie wspólnej bramki
Praktyczne parametry tranzystora FET (na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET (na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET (na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET (na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET (na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET (na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET (na przykładzie BF245)
Praktyczne parametry tranzystora FET (na przykładzie BF245)
Tranzystory polowe z izolowaną bramką MOSFET, MISFET
Zasada działania tranzystora MOSFET z kanałem dyfuzyjnym Obszar kanału (tutaj typu n) jest wytworzony poprzez dyfuzję domieszki w obszar p o dużej rezystywności. Metalowa bramka (G) jest oddzielona od kanału warstwą izolatora. Tego typu przyrząd działa na zasadzie zmiany koncentracji nośników w obszarze kanału poprzez zmiany napięcia przyłożonego do bramki
Zasada działania tranzystora MOSFET z kanałem dyfuzyjnym Przy doprowadzeniu do bramki dodatniego napięcia powoduje zwiększenie w obszarze kanału koncentracji nośników ujemnych (wzbogacenie), a więc wzrost jego przewodnictwa. Przyłożenie do bramki napięcia ujemnego spowoduje spadek koncentracji nośników w kanale (zubożenie), a co za tym idzie spadek jego przewodnictwa.
Zasada działania tranzystora MOSFET z kanałem indukowanym Bardzo ciekawym przyrządem jest tranzystor MOS, w którym pomiędzy obszarami dreny i źródła nie ma wdyfundowanego kanału. Po przyłożeniu do bramki napięcia dodatniego jej pobliże są przyciągane nośniki ujemne.
Zasada działania tranzystora MOSFET z kanałem indukowanym Po przyłożeniu do bramki napięcia dodatniego jej pobliże są przyciągane nośniki ujemne. Gdy napięcie to jest odpowiednio duże zaczynają one przeważać nad dziurami. Tworzy sie w ten sposób warstwa inwersyjna formująca przewodzący kanał pomiędzy obszarami źródła i drenu.
Symbole tranzystorów MOSFET normalnie włączone (zubożane) nmos (z kanałem typu n) pmos (z kanałem typu p) normalnie wyłączone (wzbogacane)
Charakterystyki tranzystorów MOSFET Tranzystory normalnie włączone (z kanałem dyfundowanym) mogą pracować z kanałem zarówno zubożanym (II) jak i wzbogacanym(i) Tranzystory normalnie wyłączone (z kanałem indukowanym) do przepływu prądu wymagają jego wzbogacenia
CMOS komplementarne tranzystory MOS Wytworzone w jednej strukturze półprzewodnika tranzystory MOS o obu rodzajach domieszkowania kanału to podstawa współczesnych technologii wytwarzania układów scalonych.
Tranzystory polowe (FET) zestawienie
Dwubramkowy tranzystor MOSFET Dwubramkowy tranzystor MOSFET może być rozważany jako szeregowe połączenie dwóch tranzystorów, z których każdy wpływa na wartość prądu w kanale. Ich cechą charakterystyczną jest mała pojemność między bramką G 1 a drenem, co predysponuje je do zastosowań wielkiej częstotliwości. Mogą być one wykorzystywane do mnożenia i mieszania sygnałów.
Komórka pamięci MOSFET typu EPROM i EEPROM Tranzystory MOSFET z pływającą bramką (odizolowaną od reszty struktury) są wykorzystywane jako komórki pamięci nieulotnej. Zawartość pamięci EPROM jest kasowana ultrafioletem, natomiast pamięć EEPROM ma możliwość kasowania elektrycznego. Ładunek na pływającej bramce indukowany jest za pomocą bramki sterującej poprzez zjawisko tunelowania.
Komórka pamięci MOSFET typu EPROM i EEPROM Wadą komórek pamięci ERPOM i EEPROM jest ograniczona trwałość, ograniczająca liczbę możliwych zapisów i odczytów. Degradacja zachodzi na skutek pułapkowania elektronów w obszarze izolatora oddzielającego pływającą bramkę.
Tranzystor mocy V MOS Charakteryzują się specyficznym kształtem bramki. Obszar aktywny tranzystora wytwarza się przy wykorzystaniu procesu trawienia krzemu w różnych płaszczyznach krystalograficznych. Przeznaczony do pracy z dużmi mocami Najszybszy dostępny obecnie półprzewodnikowy element energoelektroniczny Wysoka efektywność przy niskich napięciach sterujących Duże napięcia pracy
Tranzystor mocy VDMOS (Vertical double Diffused MOS) Wytwarzany za pomocą stosunkowo prostej technologii, o niezłych właściwościach częstotliwościowych (do setek khz). Przeznaczony do pracy z dużmi mocami Najczęściej obecnie wytwarzany polowy tranzystor mocy Wysoka efektywność przy niskich napięciach sterujących Mała rezystancja przy przewodzeniu.
Tranzystor polowy MESFET (Metal Semiconductor FET) Do modulacji przewodności kanału wykorzystuje się w miejsce złącz p n złacze metal półprzewodnik. Najczęściej wytwarza się je z arsenku galu Pracują przy częstotliwościach mikrofalowych Produkowane są również tranzystory dużej mocy z węgliku krzemu.
Tranzystor polowy HEMT (High electron mobility transistor) Jako kanał wykorzystywane jest złącze dwóch materiałów o różnych przerwach energetycznych (heterozłącze). Typowy materiał to GaAs z AlGaAs, chociaż stosuje się również inne Pracują przy częstotliwościach rzędu setek GHz (dużo większych niż konwencjonalne tranzystory)
Tranzystory polowe Małosygnałowy model idealnego tranzystora polowego dla sygnałów małej częstotliwości w zakresie nasycenia (zamknięcia kanału).
Tranzystory polowe modele Małosygnałowy model rzeczywistego tranzystora polowego dla sygnałów małej częstotliwości w zakresie nasycenia. Małosygnałowy model rzeczywistego tranzystora polowego dla sygnałów większej częstotliwości w zakresie nasycenia.
Tranzystory polowe jako bramka analogowa Napięcie es(t) przełącza tranzystor ze stanu przewodzenia do nieprzewodzenia. W stanie przewodzenia sygnał wejściowy jest przenoszony do obciążenia. Rezystancja bramki powinna być w tym stanie jak najmniejsza. W stanie wyłączenia rezystancja kanału jest duża typowo rzędu megaomów lub więcej. Ze względu na symetrię tranzystora MOS bramka jest dwukierunkowa.
Tranzystory polowe jako źródło prądowe Tranzystory polowe dają się wykorzystać jako bardzo proste żródła prądowe. Przy zerowej polaryzacji bramki dostarczają prądu IDSS. Takie źródło może dostarczać zarówno prądu wpływającego jak i wypływającego. Prąd można zmniejszyć za pomocą rezystora RS. W handlu dostępne są dwukońcówkowe źródła prądowe kalibrowane na okreslone prądy.
Tranzystor polowy jako sterowana rezystancja Sterowany dzielnik napięcia z tranzystorem polowym. Dla napięć żródło dren mniejszych od napięcia kolana tranzystory polowe zachowują się nieomal jak rezystory ich rezystancja RDS mało zależy od napięcia drenu. RDS U p RDSmin U GS U p
Tranzystor polowy jako sterowana rezystancja Układ linearyzacji charakterystyk. W układzie ze sprzężeniem zwrotnym, gdy część napięcia drenu jest dostarczana na bramkę następuje linearyzacja charakterystyk w dość szerokim zakresie.