Как работает полевой транзистор с управляющим переходом

В основе МОП-транзистора лежит структура с управляющим переходом, который влияет на проводимость канала. Поверхность полупроводникового кристалла имеет тонкую окисленную пленку, поэтому такой транзистор иногда называют «планарным». Управляющий переход представляет собой структуру, состоящую из полупроводникового п-типа, сквозь который протекает ток управления. Управление проводимостью канала осуществляется при помощи приложенного напряжения к управляющему переходу.

Когда на управляющий переход подается положительное напряжение, то заряженные положительно ионы проникают в окисленную пленку и создают обедненный слой в канале. Это прекращает протекание тока через канал и транзистор находится в выключенном состоянии. Если на управляющий переход подается отрицательное напряжение, то обедненный слой убирается и канал становится проводящим, что приводит к протеканию тока через транзистор и его включению.

МОП-транзисторы имеют ряд преимуществ, таких как низкое потребление энергии, высокая скорость работы и маленький размер. Благодаря этим свойствам, они широко применяются в микросхемах и интегральных схемах.

Полевые транзисторы с управляющим переходом являются важным компонентом современной электроники и приборостроения. В настоящее время они устройствами, обеспечивающими работу таких устройств, как компьютеры, телевизоры, мобильные телефоны и другие современные электронные устройства.

Органические полупроводники

Органические полупроводники имеют ряд преимуществ перед неорганическими материалами. Они обладают большей гибкостью, легкостью производства и низкой стоимостью. Кроме того, они могут быть применены в широком спектре устройств, таких как солнечные батареи, светодиоды, транзисторы и другие электронные элементы.

Одним из наиболее известных органических полупроводников является полимерный полупроводник, который состоит из длинных цепочек молекул. Эти материалы часто применяются в органической электронике и имеют широкий диапазон электронных свойств и возможностей. Полимерные полупроводники обладают превосходными электрическими характеристиками, такими как высокая подвижность носителей заряда и низкая потеря энергии при передаче сигнала.

Важной особенностью органических полупроводников является их устойчивость к изгибам и деформациям. Благодаря этому свойству, они могут быть использованы в гибких и изгибаемых электронных устройствах, таких как гибкие дисплеи или электронные татуировки.

Органические полупроводники являются одной из важных областей исследований в современной науке и технологии. Они имеют потенциал принести большой вклад в развитие электроники, энергетики и других отраслей, и представляют интерес как для фундаментальных исследований, так и для практического применения.

Принцип работы

Полевой транзистор состоит из трех основных областей: источника, стока и затвора. В зависимости от типа транзистора, источник и сток могут быть выполнены либо из p-полупроводника, либо из n-полупроводника. Затвор, как правило, делается из противоположного типа полупроводника.

При отсутствии управляющего напряжения между источником и стоком транзистор находится в выключенном состоянии, так как между затвором и истоком образуется канал, который представляет собой узкую область обедненного слоя, не пропускающую электрический ток.

Под воздействием управляющего напряжения с затвора на транзисторе формируется электрическое поле, которое изменяет концентрацию основных носителей заряда в полупроводниковом канале. При положительном напряжении на затворе для n-канального транзистора образуется положительное электрическое поле, которое уменьшает ширину обедненного слоя и увеличивает проводимость канала. При этом ток между источником и стоком начинает протекать.

Полярность напряжения на затворе для p-канального транзистора противоположна. Под действием отрицательного напряжения на затворе образуется отрицательное электрическое поле, которое повышает ширину обедненного слоя и уменьшает проводимость канала. Транзистор поглощает ток и находится в выключенном состоянии.

Изготовление полевых транзисторов

1. Травление подложки — начальный этап, на котором создается рабочая пластина для полевого транзистора.
2. Нанесение изоляции — на поверхность подложки наносится тонкий слой изоляционного материала, который помогает предотвратить протекание тока между различными слоями.
3. Формирование ионного импланта — с помощью специальных имплантеров в подложку вводятся дополнительные примеси для создания проводящих и непроводящих зон.
4. Нанесение проводящих и непроводящих слоев — на подложку наносятся слои проводящих и непроводящих материалов, которые являются основой для создания канала и затвора полевого транзистора.
5. Формирование контактов — на поверхность транзистора наносятся контакты, которые позволяют соединить его с другими элементами схемы.
6. Покрытие защитным слоем — в конце процесса изготовления транзистор покрывается защитным слоем для предотвращения повреждений и окисления.

Каждый этап изготовления полевого транзистора требует высокой точности и контроля процесса, так как любая ошибка или дефект может привести к неправильной работе транзистора или его поломке.

Управление переходом

Управление переходом в полевом транзисторе осуществляется путем приложения управляющего напряжения между затвором и истоком. Затвор это область полевого транзистора, в которой находится управляющий переход, состоящий из полупроводников с разной проводимостью. При приложении управляющего напряжения, формируется электрическое поле, которое управляет проводимостью канала между истоком и стоком транзистора.

В полевом транзисторе с управляющим переходом основными параметрами для управления переходом являются затворно-источниковое напряжение VGS и затворно-стоковое напряжение VDS. Затворно-источниковое напряжение определяет положение затворного перехода и влияет на проводимость канала между истоком и стоком. Затворно-стоковое напряжение влияет на формирование электрического поля в самом переходе и может приводить к его насыщению.

Управление переходом в полевом транзисторе позволяет регулировать проводимость канала и, соответственно, ток, протекающий через транзистор. При увеличении затворно-источникового напряжения, проводимость канала увеличивается, что приводит к увеличению тока через транзистор. При увеличении затворно-стокового напряжения, электрическое поле внутри перехода также увеличивается, что может привести к насыщению перехода и изменению его проводимости.

Управление переходом в полевом транзисторе осуществляется путем подачи управляющего сигнала на затвор внутри транзистора. Это позволяет регулировать проводимость канала и, следовательно, управлять током, проходящим через транзистор. Полевые транзисторы с управляющим переходом широко применяются в электронике и позволяют реализовать различные устройства и схемы.

Зависимость электрических свойств

Полевой транзистор с управляющим переходом обладает рядом электрических свойств, которые зависят от различных параметров и условий его работы.

Одним из важных параметров является ток управляющего перехода, или gate current (I_G), который определяет электрическое поле в канале полевого транзистора. Величина I_G непосредственно влияет на проводимость канала и, следовательно, на электрические свойства транзистора.

Еще одной важной характеристикой полевого транзистора является трансгибкий коэффициент, или transconductance (g_m). Он определяется как изменение тока стока (I_D) в ответ на изменение напряжения управляющего перехода (V_G). Величина g_m характеризует усиление сигнала в полевом транзисторе и является важным параметром для оценки его электрических свойств.

Зависимость электрических свойств полевого транзистора от напряжения на стоке (V_D) и управляющего перехода (V_G) может быть представлена в виде таблицы:

Таким образом, электрические свойства полевого транзистора с управляющим переходом зависят от тока управляющего перехода, напряжения на стоке и управляющего перехода, и могут быть представлены в виде зависимости токов и коэффициента усиления от данных параметров.

Применение полевых транзисторов

Полевые транзисторы с управляющим переходом широко применяются в современной электронике и радиотехнике благодаря своим характеристикам:

1. Высокая скорость переключения: полевые транзисторы могут обеспечивать высокую скорость работы, что особенно важно в цифровых устройствах, где требуется быстрое и точное переключение сигнала.

2. Низкое потребление энергии: полевые транзисторы потребляют меньше энергии при работе в сравнении с другими типами транзисторов, что позволяет увеличить энергоэффективность устройств.

3. Высокая линейность: полевые транзисторы обладают хорошей линейностью работы, что позволяет использовать их в сигнальных усилителях и других аналоговых устройствах.

4. Малые габариты: полевые транзисторы могут быть очень компактными, что позволяет использовать их в микроэлектронных устройствах и интегральных схемах.

5. Большое значение коэффициента усиления: по сравнению с биполярными транзисторами, полевые транзисторы могут иметь значительно большее значение коэффициента усиления, что позволяет их использовать в большом количестве различных устройств.

В результате, полевые транзисторы нашли широкое применение в различных сферах, таких как: телекоммуникации, аудио и видео устройства, компьютеры и компьютерные сети, мобильные устройства, автоматизация и управление процессами, медицинская техника и другие области.