Alan etkili transistör - Field-effect transistor
Alan-etkili transistör ( FET ) bir tür transistor bir kullanan elektrik alanı akışını kontrol etmek için , mevcut . FET'ler üç terminale sahip cihazlardır: kaynak , geçit ve boşaltma . FET'ler, kapıya bir voltaj uygulayarak akımın akışını kontrol eder ve bu da drenaj ile kaynak arasındaki iletkenliği değiştirir .
FET'ler, tek taşıyıcı tipi işlem içerdikleri için tek kutuplu transistörler olarak da bilinir . Yani, FET'ler operasyonlarında yük taşıyıcıları olarak elektronları veya delikleri kullanırlar , ancak ikisini birden kullanmazlar. Birçok farklı alan etkili transistör türü mevcuttur. Alan etkili transistörler genellikle düşük frekanslarda çok yüksek giriş empedansı gösterir . En yaygın kullanılan alan etkili transistör, MOSFET'tir (metal oksit yarı iletken alan etkili transistör).
Tarih
Alan etkili transistör (FET) kavramı ilk olarak 1925'te Avusturya-Macar fizikçi Julius Edgar Lilienfeld tarafından ve 1934'te Oskar Heil tarafından patentlendi , ancak konsepte dayalı olarak çalışan bir pratik yarı iletken cihaz yapamadılar . Transistör etkisi sonradan gözlemlenen ve açıklanabilir John Bardeen ve Walter Houser Brattain altında çalışırken William Shockley at Bell Labs 17 yıllık patent süresi sona kısa bir süre sonra, 1947 yılında. Shockley başlangıçta bir yarı iletkenin iletkenliğini modüle etmeye çalışarak çalışan bir FET oluşturmaya çalıştı , ancak esas olarak yüzey durumları , sarkan bağ ve germanyum ve bakır bileşiği malzemelerindeki sorunlar nedeniyle başarısız oldu . Çalışan bir FET oluşturmadaki başarısızlığının ardındaki gizemli nedenleri anlamaya çalışırken, Bardeen ve Brattain bunun yerine 1947'de nokta temas transistörünü icat etti ve bunu 1948'de Shockley'in bipolar bağlantı transistörü izledi .
Başarıyla inşa edilecek ilk FET cihazı, kavşak alan etkili transistördü (JFET). Bir JFET ilk olarak 1945'te Heinrich Welker tarafından patentlendi. Kısa kanallı bir JFET türü olan statik indüksiyon transistörü (SIT) 1950'de Japon mühendisler Jun-ichi Nishizawa ve Y. Watanabe tarafından icat edildi . 1952'de JFET, 1953'te George F. Dacey ve Ian M. Ross tarafından çalışan pratik bir JFET inşa edildi . Bununla birlikte, JFET'in genel olarak kavşak transistörlerini etkileyen sorunları hala vardı . Bağlantı transistörleri, seri üretim temelinde üretilmesi zor olan ve onları bir dizi özel uygulama ile sınırlayan nispeten büyük cihazlardı . Yalıtılmış geçit alan etkili transistör (IGFET), bağlantı transistörlerine potansiyel bir alternatif olarak teorize edildi, ancak araştırmacılar, büyük ölçüde harici elektrik alanının malzemeye girmesini engelleyen sorunlu yüzey durumu bariyeri nedeniyle çalışan IGFET'leri inşa edemediler . 1950'lerin ortalarına gelindiğinde, araştırmacılar büyük ölçüde FET konseptinden vazgeçmişler ve bunun yerine bipolar junction transistor (BJT) teknolojisine odaklanmışlardır .
MOSFET teknolojisinin temelleri William Shockley , John Bardeen ve Walter Brattain'in çalışmaları ile atıldı . Shockley bağımsız olarak 1945'te FET konseptini tasarladı, ancak çalışan bir cihaz yapamadı. Ertesi yıl Bardeen başarısızlığını yüzey durumları açısından açıkladı . Bardeen, yarı iletkenlere yüzey durumları teorisini uyguladı (yüzey durumları üzerine önceki çalışma 1939'da Shockley ve 1932'de Igor Tamm tarafından yapıldı) ve yarı iletken yüzeye çekilen ekstra elektronlar nedeniyle dış alanın yüzeyde bloke edildiğini fark etti. Elektronlar, bir inversiyon katmanı oluşturan bu lokalize durumlarda hapsolur. Bardeen'in hipotezi, yüzey fiziğinin doğuşuna işaret ediyordu . Bardeen daha sonra Shockley'in FET tasarımlarında tasarladığı çok ince yarı iletken katmanı yerine bir ters çevirme katmanından yararlanmaya karar verdi. Teorisine dayanarak, 1948'de Bardeen, ters çevirme katmanına sahip yalıtımlı bir kapılı FET (IGFET) olan MOSFET'in öncüsünü patentledi. Ters çevirme tabakası, azınlık taşıyıcılarının akışını sınırlandırarak modülasyonu ve iletkenliği arttırır, ancak elektron taşınması, kapının yalıtkanına veya ters çevirme tabakasının üzerinde biriktirilen bir yalıtkan olarak kullanıldığında oksit kalitesine bağlıdır. Bardeen'in patenti ve inversiyon katmanı kavramı günümüzde CMOS teknolojisinin temelini oluşturmaktadır. 1976'da Shockley, Bardeen'in yüzey durumu hipotezini "yarı iletken programındaki en önemli araştırma fikirlerinden biri" olarak tanımladı.
Bardeen'in yüzey durum teorisinden sonra üçlü, yüzey durumlarının etkisinin üstesinden gelmeye çalıştı. 1947'nin sonlarında, Robert Gibney ve Brattain, yüzey durumlarının etkilerinin üstesinden gelmek için metal ve yarı iletken arasına yerleştirilen elektrolitin kullanılmasını önerdi. FET cihazları işe yaradı, ancak amplifikasyonu zayıftı. Bardeen daha da ileri gitti ve ters çevirme katmanının iletkenliğine odaklanmayı önerdi. Daha ileri deneyler, daha iyi sonuçlar elde etme umuduyla elektroliti katı bir oksit tabakasıyla değiştirmelerine yol açtı. Amaçları oksit tabakasına nüfuz etmek ve ters çevirme tabakasına ulaşmaktı. Bununla birlikte, Bardeen bunlar geçiş önerilen silikon için germanyum ve bunların oksit yanlışlıkla yıkanarak var işlemde. Tamamen farklı bir transistöre, nokta temaslı transistöre rastladılar . Lillian Hoddeson , "Brattain ve Bardeen germanyum yerine silikonla çalışıyor olsalardı, başarılı bir alan etkili transistörle karşılaşacaklardı" diyor.
1950'lerin ilk yarısının sonunda, Bardeen, Brattain, Kingston, Morrison ve diğerlerinin teorik ve deneysel çalışmalarını takiben, iki tür yüzey durumu olduğu daha açık hale geldi. Hızlı yüzey durumlarının yığın ve yarı iletken / oksit arayüzü ile ilişkili olduğu bulundu. Ortamdaki oksit tarafından atomların, moleküllerin ve iyonların adsorpsiyonu nedeniyle yavaş yüzey durumlarının oksit tabakası ile ilişkili olduğu bulunmuştur . İkincisinin çok daha fazla sayıda olduğu ve çok daha uzun gevşeme sürelerine sahip olduğu bulundu . O sırada Philo Farnsworth ve diğerleri atomik olarak temiz yarı iletken yüzeyler üretmek için çeşitli yöntemler geliştirdiler.
1955'te, Carl Frosch ve Lincoln Derrick yanlışlıkla silikon gofretin yüzeyini bir silikon dioksit tabakasıyla kapladı . Oksit tabakasının bazı katkı maddelerinin silikon gofretin içine girmesini engellediğini, diğerlerine izin verdiğini ve böylece yarı iletken yüzey üzerindeki oksidasyonun pasifleştirici etkisini keşfettiklerini gösterdiler . Daha ileri çalışmaları, dopantları silikon gofretin seçilen alanlarına yaymak için oksit tabakasındaki küçük açıklıkların nasıl dağılacağını gösterdi. 1957'de bir araştırma makalesi yayınladılar ve çalışmalarını özetleyen tekniklerinin patentini aldılar. Geliştirdikleri teknik, daha sonra MOSFET cihazlarının imalatında kullanılacak olan oksit difüzyon maskeleme olarak biliniyor . Bell Laboratuvarlarında, Frosch tekniğinin önemi hemen anlaşıldı. Çalışmalarının sonuçları, 1957'de yayınlanmadan önce BTL notları şeklinde Bell Laboratuvarlarında dolaştı. Shockley Semiconductor'da , Shockley, makalelerinin ön basımını Aralık 1956'da Jean Hoerni de dahil olmak üzere tüm kıdemli personeline dağıtmıştı .
1955'te Ian Munro Ross , FeFET veya MFSFET için patent başvurusunda bulundu . Yapısı modern bir ters çevirme kanalı MOSFET'inkine benziyordu, ancak ferroelektrik malzeme oksit yerine dielektrik / yalıtkan olarak kullanıldı. Bunu, yüzen kapı MOSFET'ten yıllar önce bir hafıza biçimi olarak tasavvur etti . Şubat 1957'de John Wallmark , germanyum monoksitin bir kapı dielektriği olarak kullanıldığı FET için bir patent başvurusunda bulundu , ancak bu fikrin peşinden gitmedi. Aynı yıl sunduğu diğer patentinde çift kapılı bir FET tanımladı . Mart 1957'de, Bell Laboratuarlarında araştırma bilimcisi olan Ernesto Labate, laboratuvar defterinde, daha sonra önerilen MOSFET'e benzer bir cihaz tasarladı, ancak Labate'in cihazı, yalıtkan olarak silikon dioksiti açıkça kullanmıyordu .
Metal oksit yarı iletken FET (MOSFET)
FET araştırmalarında bir atılım, 1950'lerin sonlarında Mısırlı mühendis Mohamed Atalla'nın çalışmasıyla geldi . 1958'de temiz silikon yüzey üzerinde ince silikon oksit büyümesinin yüzey durumlarının nötrleşmesine yol açtığını gösteren deneysel çalışma sundu. Bu, silikon entegre devrelerin seri üretimini mümkün kıldığı için yarı iletken endüstrisi için kritik hale gelen bir yöntem olan yüzey pasivasyonu olarak bilinir .
Metal oksit yarı iletken alan etkili transistor (MOSFET) daha sonra, büyük ölçüde iki kutuplu transistor ve JFET iki yerini 1959 MOSFET Mohamed atalla ve Dawon Kahng tarafından icat ve üzerinde derin bir etkiye sahip olan dijital elektronik gelişme. Onun sayesinde yüksek ölçeklenebilirlik iki kutuplu kavşak transistörleri daha ve çok daha düşük güç tüketimi ve daha yüksek yoğunluk, MOSFET mümkün inşa etmek için yapılan yüksek yoğunluklu entegre devreler. MOSFET ayrıca JFET'ten daha yüksek güçle başa çıkabilir. MOSFET, çok çeşitli kullanımlar için minyatürleştirilebilen ve seri üretilebilen ilk gerçek kompakt transistördü. MOSFET böylece bilgisayarlarda, elektronik cihazlarda ve iletişim teknolojisinde ( akıllı telefonlar gibi ) en yaygın transistör türü haline geldi . ABD Patent ve Marka Ofisi , bir "dünya çapında yaşam ve kültürünü dönüştürülmüş olduğunu çığır buluş" diyor.
MOSFET'ler için bir yarı iletken cihaz üretim süreci olan CMOS (tamamlayıcı MOS), 1963 yılında Fairchild Semiconductor'da Chih-Tang Sah ve Frank Wanlass tarafından geliştirilmiştir . Yüzer kapılı bir MOSFET'in ilk raporu 1967'de Dawon Kahng ve Simon Sze tarafından yapılmıştır . bir çift kapı MOSFET, ilk olarak 1984 yılında gösterilmiştir Elektroteknik Laboratuar araştırmacılar Toshihiro Sekigawa Yutaka Hayashi. FinFET (kanatlı alan etkili transistör), bir tür 3 boyutlu düzlemsel olmayan çok kapılı MOSFET, Digh Hisamoto ve ekibinin 1989 yılında Hitachi Merkez Araştırma Laboratuvarı'ndaki araştırmasından ortaya çıktı .
Temel bilgiler
FET'ler, akımın ağırlıklı olarak çoğunluk taşıyıcılar tarafından taşındığı çoğunluk yük taşıyıcı cihazlar veya akımın esas olarak azınlık taşıyıcıların akışından kaynaklandığı azınlık yük taşıyıcı cihazlar olabilir. Cihaz, içinden yük taşıyıcılarının, elektronların veya deliklerin kaynaktan drenaja aktığı aktif bir kanaldan oluşur . Kaynak ve boşaltma terminali iletkenleri, yarı iletkene omik kontaklarla bağlanır . Kanalın iletkenliği, geçit ve kaynak terminalleri boyunca uygulanan potansiyelin bir fonksiyonudur.
FET'in üç terminali:
- taşıyıcıların kanala girdiği kaynak (S). Geleneksel olarak, kanala S'den giren akım I S tarafından belirlenir .
- taşıyıcıların kanalı terk ettiği tahliye (D). Geleneksel olarak, kanala D'de giren akım I D tarafından belirlenir . Drenajdan kaynağa voltaj V DS'dir .
- geçit (G), kanal iletkenliğini modüle eden terminal. G'ye voltaj uygulayarak, I D'yi kontrol edebilir .
Terminaller hakkında daha fazla bilgi
Tüm FET sahip kaynak , boşaltma ve kapı kabaca karşılık gelen terminaller yayıcı , toplayıcı ve taban arasında BJT'lerin . Çoğu FET'in gövde , taban , yığın veya alt tabaka adı verilen dördüncü bir terminali vardır . Bu dördüncü terminali hizmet önyargı devreye transistor; Devre tasarımlarında gövde terminalinin önemsiz bir şekilde kullanılması nadirdir, ancak bir entegre devrenin fiziksel düzenini kurarken varlığı önemlidir . Kapının boyutu , diyagramdaki L uzunluğu , kaynak ile drenaj arasındaki mesafedir. Genişliği dik diyagram (yani, içine giriş / çıkış ekranın) enine kesiti yönünde transistörün uzantısıdır. Tipik olarak genişlik, kapının uzunluğundan çok daha büyüktür. 1 um'lik bir geçit uzunluğu, üst frekansı yaklaşık 5 GHz, 0.2 um ila yaklaşık 30 GHz ile sınırlar.
Terminallerin isimleri işlevlerine atıfta bulunur. Kapı terminali, fiziksel bir kapının açılıp kapanmasını kontrol ediyor olarak düşünülebilir. Bu kapı, elektronların kaynak ile drenaj arasında bir kanal oluşturarak veya ortadan kaldırarak geçişlerini engellemelerine veya geçmelerine izin verir. Kaynak terminalden boşaltma terminaline doğru elektron akışı, uygulanan voltajdan etkilenir. Gövde basitçe, geçidin, kaynağın ve drenajın bulunduğu yarı iletkenin büyük bir kısmını ifade eder. Genellikle gövde terminali, FET'in tipine bağlı olarak devre içindeki en yüksek veya en düşük gerilime bağlanır. Gövde terminali ve kaynak terminali bazen birbirine bağlanır, çünkü kaynak genellikle devre içindeki en yüksek veya en düşük gerilime bağlıdır, ancak FET'lerin iletim kapıları ve kaskod devreleri gibi böyle bir konfigürasyona sahip olmayan birkaç kullanımı vardır .
Kapı voltajının akım üzerindeki etkisi
FET , geçit ve kaynak terminalleri boyunca uygulanan voltajdan (veya voltaj eksikliğinden) oluşturulan ve etkilenen "iletken bir kanalın" boyutunu ve şeklini etkileyerek kaynaktan drenaja elektronların (veya elektron deliklerinin ) akışını kontrol eder . (Basit olması için, bu tartışma gövde ve kaynağın birbirine bağlı olduğunu varsayar.) Bu iletken kanal, içinden elektronların kaynaktan drenaja aktığı "akım" dır.
n-kanallı FET
Bir n-kanal "tükenme modu" cihazında, bir negatif geçitten kaynağa voltaj, bir tükenme bölgesinin genişliğinde genişlemesine ve kanalı daraltarak yanlardan kanala girmesine neden olur . Aktif bölge kanalı tamamen kapatmak için genişlerse, kanalın kaynaktan drenaja direnci artar ve FET bir anahtar gibi etkin bir şekilde kapatılır (çok küçük akım olduğunda sağdaki şekle bakın). Buna "kısma" adı verilir ve meydana geldiği gerilime "kısma gerilimi" adı verilir. Tersine, pozitif bir geçitten kaynağa voltajı, kanal boyutunu artırır ve elektronların kolayca akmasına izin verir (bir iletim kanalı olduğunda ve akım büyük olduğunda sağdaki şekle bakın).
Bir n-kanal "geliştirme modu" cihazında, transistörde doğal olarak iletken bir kanal mevcut değildir ve bir tane oluşturmak için pozitif bir geçitten kaynağa voltaj gereklidir. Pozitif voltaj, vücut içinde serbest yüzen elektronları kapıya doğru çekerek iletken bir kanal oluşturur. Ama önce, FET'in gövdesine eklenen katkı iyonlarına karşı koymak için kapının yakınına yeteri kadar elektron çekilmelidir; bu , tükenme bölgesi adı verilen mobil taşıyıcıların olmadığı bir bölge oluşturur ve bunun meydana geldiği voltaj , FET'in eşik voltajı olarak adlandırılır . Daha fazla geçitten kaynağa voltaj artışı, kaynaktan drenaja iletken bir kanal oluşturabilen kapıya doğru daha da fazla elektron çekecektir; bu sürece ters çevirme denir .
p-kanal FET
Bir p-kanal "tükenme modu" cihazında, geçitten gövdeye pozitif bir voltaj, elektronları geçit izolatörü / yarı iletken arayüzüne zorlayarak tükenme katmanını genişletir ve hareketsiz, pozitif yüklü alıcı iyonlarının taşıyıcı içermeyen bir bölgesini açıkta bırakır.
Tersine, bir p-kanal "geliştirme modu" cihazında, bir iletken bölge mevcut değildir ve bir iletim kanalı oluşturmak için negatif voltaj kullanılmalıdır.
Drenajdan kaynağa voltajın kanal üzerindeki etkisi
İyileştirme veya tükenme modlu cihazlar için, geçitten kaynağa voltajlardan çok daha düşük drenaj-kaynağa gerilimlerde, geçit geriliminin değiştirilmesi kanal direncini değiştirecek ve boşaltma akımı, boşaltma gerilimiyle orantılı olacaktır (kaynağa atıfta bulunulur) Voltaj). Bu modda FET değişken bir direnç gibi çalışır ve FET'in doğrusal modda veya omik modda çalıştığı söylenir.
Drenajdan kaynağa voltaj yükselirse, bu, kaynaktan drenaja voltaj potansiyeli gradyanı nedeniyle kanalın şeklinde önemli bir asimetrik değişiklik yaratır. Ters çevirme bölgesinin şekli, kanalın boşaltma ucunun yakınında "sıkışmış" hale gelir. Kaynağa boşaltma voltajı daha da artırılırsa, kanalın sıkıştırma noktası boşaltmadan kaynağa doğru hareket etmeye başlar. FET'in doygunluk modunda olduğu söyleniyor ; bazı yazarlar bipolar transistör çalışma bölgeleri ile daha iyi bir benzetme için onu aktif mod olarak adlandırsa da . Doygunluk modu veya omik ile doygunluk arasındaki bölge amplifikasyon gerektiğinde kullanılır. Boşaltma akımının boşaltma voltajıyla yaklaşık olarak doğrusal olmadığı durumlarda bile, ara bölge bazen omik veya doğrusal bölgenin bir parçası olarak kabul edilir.
Geçitten kaynağa voltajın oluşturduğu iletken kanal artık doygunluk modu sırasında kaynağı drenaja bağlamasa da, taşıyıcıların akması engellenmez. Yine bir n-kanal geliştirme modu cihazı düşünüldüğünde , p-tipi gövdede, iletken kanalı ve drenaj ve kaynak bölgelerini çevreleyen bir tükenme bölgesi mevcuttur. Kanalı oluşturan elektronlar, drenajdan kaynağa voltaj ile drenaja çekilirse, tükenme bölgesi boyunca kanaldan dışarı çıkmakta serbesttir. Tükenme bölgesi taşıyıcı içermez ve silikona benzer bir dirence sahiptir . Drenaj-kaynak gerilimindeki herhangi bir artış, uygulanan boşaltma-kaynak gerilimi ile orantılı olarak tükenme bölgesinin direncini artırarak, boşaltmadan kısma noktasına olan mesafeyi artıracaktır. Bu orantılı değişiklik, doğrusal çalışma modundaki omik davranışının aksine, drenaj-kaynağa akımın, drenajdan kaynağa voltajdaki değişikliklerden bağımsız olarak nispeten sabit kalmasına neden olur. Bu nedenle, doygunluk modunda, FET bir direnç yerine sabit akım kaynağı olarak davranır ve etkili bir şekilde bir voltaj yükselticisi olarak kullanılabilir. Bu durumda, geçitten kaynağa voltaj, kanal boyunca sabit akımın seviyesini belirler.
Kompozisyon
FET'ler çeşitli yarı iletkenlerden yapılabilir - silikon açık ara en yaygın olanıdır. Çoğu FET, geleneksel toplu yarı iletken işleme teknikleri kullanılarak , aktif bölge veya kanal olarak tek bir kristal yarı iletken plaka kullanılarak yapılır .
Daha sıra dışı gövde malzemeleri arasında, ince film transistörlerde amorf silikon , polikristal silikon veya diğer amorf yarı iletkenler veya organik yarı iletkenlere dayanan organik alan etkili transistörler (OFET'ler) ; Çoğu zaman, OFET geçit izolatörleri ve elektrotları da organik malzemelerden yapılır. Bu tür FET'ler, silikon karbür (SiC), galyum arsenit (GaAs), galyum nitrür (GaN) ve indiyum galyum arsenit (InGaAs) gibi çeşitli malzemeler kullanılarak üretilir.
Haziran 2011'de IBM, entegre bir devrede grafen tabanlı FET'leri başarıyla kullandığını duyurdu . Bu transistörler, standart silikon FET'lerden çok daha yüksek olan yaklaşık 2.23 GHz kesme frekansı kapasitesine sahiptir.
Türler
Bir FET'in kanalı, bir n-tipi yarı iletken veya bir p-tipi yarı iletken üretmek için katkılıdır . Drenaj ve kaynak, geliştirme modu FET'leri durumunda kanala zıt tipte veya tükenme modu FET'lerinde olduğu gibi kanala benzer tipte katkılı olabilir. Alan etkili transistörler ayrıca kanal ve kapı arasındaki yalıtım yöntemiyle de ayırt edilir. FET türleri şunları içerir:
- MOSFET (metal oksit yarı iletken alan etkili transistor) bir kullanan izolatör (tipik olarak SiO 2 kapısı ve gövde arasında). Bu, en yaygın FET türüdür.
- DGMOSFET ( çift kapılı MOSFET ) veya DGMOS, iki yalıtımlı kapıya sahip bir MOSFET.
- IGBT ( yalıtımlı geçit iki kutuplu transistör ), güç kontrolü için bir cihazdır. Bipolar benzeri bir ana iletim kanalıyla birleştirilmiş bir MOSFET'e benzer bir yapıya sahiptir. Bunlar genellikle 200–3000 V boşaltmadan kaynağa voltaj aralığı için kullanılır. Güç MOSFET'leri , 1 ila 200 V'luk drenajdan kaynağa voltajlar için hala tercih edilen cihazdır.
- MNOS ( metal-nitrür-oksit-yarı iletken transistör ) , geçit ile gövde arasında bir nitrür-oksit tabaka yalıtkanı kullanır .
- ISFET (iyona duyarlı bir alan etkili transistor) bir çözelti içinde iyon konsantrasyonunu ölçmek için kullanılabilir; iyon konsantrasyonu (H + gibi , bkz. pH elektrodu ) değiştiğinde, transistörden geçen akım buna göre değişecektir.
- BioFET (Biyolojik duyarlı alan etkili transistor) göre sensörler / Biyosensör sınıfıdır ISFET yüklü molekülleri tespit etmek için kullanılan teknoloji; yüklü bir molekül mevcut olduğunda, BioFET yüzeyindeki elektrostatik alandaki değişiklikler, transistörden geçen akımda ölçülebilir bir değişikliğe neden olur. Bunlar arasında enzimle modifiye edilmiş FET'ler (EnFET'ler), immünolojik olarak modifiye edilmiş FET'ler (ImmunoFET'ler), genle modifiye edilmiş FET'ler (GenFET'ler), DNAFET'ler , hücre bazlı BioFET'ler (CPFET'ler), böcek / çip FET'ler (BeetleFET'ler) ve iyon kanallarına dayalı FET'ler bulunur / protein bağlanması.
- DNAFET ( DNA alan etkili transistör ), eşleşen DNA ipliklerini tespit etmek için tek iplikli DNA moleküllerinden yapılmış bir geçit kullanarak bir biyosensör görevi gören özel bir FET'dir .
- JFET (bağlantı alan etkili transistor) gövdeden kapısı ayırmak için bir ters eğimli p-n birleşme kullanır.
- Statik indüksiyon transistörü (SIT) kısa bir kanal ile JFET 'in bir türüdür.
- DEPFET, tamamen tükenmiş bir alt tabakada oluşturulmuş bir FET'dir ve aynı zamanda bir sensör, amplifikatör ve bellek düğümü olarak işlev görür. Görüntü (foton) sensörü olarak kullanılabilir.
- FREDFET (hızlı ters veya hızlı iyileşen epitaksiyel diyot FET), gövde diyotunun çok hızlı bir şekilde geri kazanılmasını (kapanmasını) sağlamak için tasarlanmış özel bir FET olup, elektrik motorları gibi endüktif yükleri , özellikle orta elektrikli fırçasız DC motorlar .
- HIGFET (heteroyapı yalıtımlı geçit alan etkili transistör) şimdi esas olarak araştırmada kullanılmaktadır.
- MODFET (modülasyon katkılı alan etkili transistör), aktif bölgenin dereceli katkısı ile oluşturulan bir kuantum kuyusu yapısı kullanan yüksek elektron hareketliliğine sahip bir transistördür .
- TFET ( tünel alan etkili transistör ) banttan banda tünele dayanmaktadır.
- HEMT ( yüksek elektron hareketliliği transistörü de HFET olarak da adlandırılır), (heteroyapı FET), kullanılarak yapılabilir bandaralıklı mühendisliği gibi üçlü bir yarı iletken AlGaAs . Tamamen tükenmiş geniş bant aralıklı malzeme, kapı ve gövde arasındaki izolasyonu oluşturur.
- MESFET (metal yarı-iletken alan etkili transistor) ikame p-n birleşme , bir ile JFET 'in Schottky bariyer ; ve GaAs ve diğer III-V yarı iletken malzemelerde kullanılır.
- NOMFET bir nanoparçacık organik bellek alan etkili transistordur.
- GNRFET (grafen nanoribbon alan etkili transistör) , kanalı için bir grafen nanoribbon kullanır .
- VeSFET (dikey yarık alan etkili transistör), kaynağı birbirine bağlayan ve zıt köşelerde drenajı bağlayan dar bir yarığa sahip, kare şeklinde bağlantısız bir FET'dir. İki kapı diğer köşeleri işgal eder ve yarıktan akımı kontrol eder.
- CNTFET ( karbon nanotüp alan etkili transistör ).
- OFET ( organik alan etkili transistör ), kanalında organik bir yarı iletken kullanır.
- QFET ( kuantum alan etkili transistör ), geleneksel transistörün elektron iletim alanını ortadan kaldırarak transistör işleminin hızını büyük ölçüde artırmak için kuantum tünellemeden yararlanır.
- SB-FET (Schottky-bariyer alan etkili transistör), hem kaynak kanalı hem de boşaltma kanalı arayüzlerinde Schottky bariyerleri oluşturan metalik kaynak ve drenaj temas elektrotlarına sahip alan etkili bir transistördür .
- GFET, biyosensörler ve kimyasal sensörler olarak kullanılan, oldukça hassas grafen bazlı bir alan etkili transistördür . Grafenin 2 boyutlu yapısı, fiziksel özelliklerinin yanı sıra, GFET'ler algılama uygulamalarında artırılmış hassasiyet ve daha az 'yanlış pozitif' vakaları sunar.
- Fe FET bir kullanan ferroelektrik transistör önyargı yokluğunda durumunu korumak için izin kapısı arasındaki - bu tür cihazlar olarak uygulamaya sahip olabilir uçucu olmayan bir bellekte .
Avantajları
FET, kontrol ve akış arasında yüksek derecede izolasyon sağlayan, 100 MΩ veya daha fazla olan yüksek geçitten drene akım direncine sahiptir. Temel akım gürültüsü şekillendirme süresiyle artacağından, bir FET tipik olarak iki kutuplu bir bağlantı transistöründen (BJT) daha az gürültü üretir ve VHF ve uydu alıcıları için ayarlayıcılar ve düşük gürültülü amplifikatörler gibi gürültüye duyarlı elektroniklerde bulunur . Radyasyona nispeten bağışıktır. Sıfır boşaltma akımında ofset voltajı göstermez ve mükemmel bir sinyal kıyıcı yapar. Tipik olarak bir BJT'den daha iyi termal stabiliteye sahiptir. Kapı şarjı ile kontrol edildikleri için, kapı kapatıldığında veya açıldığında, iki kutuplu bir bağlantı transistöründe veya bazı durumlarda kilitlenmeyen rölelerde olacağı gibi, ek güç çekişi olmaz . Bu, son derece düşük güç anahtarlamasına izin verir, bu da devrelerin daha fazla minyatürleştirilmesine izin verir, çünkü ısı yayma ihtiyaçları diğer anahtar türlerine kıyasla daha azdır.
Dezavantajları
Alan etkili bir transistör, BJT'ye kıyasla nispeten düşük bir kazanç bant genişliği ürününe sahiptir . MOSFET, aşırı gerilimlere karşı çok hassastır, bu nedenle kurulum sırasında özel işlem gerektirir. MOSFET'in kapı ve kanal arasındaki kırılgan yalıtım tabakası, onu elektrostatik deşarja veya taşıma sırasında eşik voltajındaki değişikliklere karşı savunmasız hale getirir . Cihaz uygun şekilde tasarlanmış bir devreye kurulduktan sonra bu genellikle bir problem değildir.
FET'ler genellikle çok düşük "açık" dirence sahiptir ve yüksek "kapalı" dirence sahiptir. Bununla birlikte, ara dirençler önemlidir ve bu nedenle FET'ler, anahtarlama sırasında büyük miktarda gücü dağıtabilir. Bu nedenle verimlilik, hızlı bir şekilde anahtarlamaya prim verebilir, ancak bu, başıboş endüktansları harekete geçirebilen ve geçide bağlanabilen ve istenmeyen anahtarlamaya neden olabilecek önemli voltajlar oluşturabilen geçici akımlara neden olabilir. FET devreleri bu nedenle çok dikkatli bir düzen gerektirebilir ve anahtarlama hızı ile güç dağıtımı arasındaki işlemleri içerebilir. Ayrıca voltaj derecesi ve "açık" direnç arasında bir denge vardır, bu nedenle yüksek voltajlı FET'ler nispeten yüksek bir "açık" dirence ve dolayısıyla iletim kayıplarına sahiptir.
Başarısızlık modları
FET'ler, özellikle üretici tarafından tanımlanan sıcaklık ve elektriksel sınırlamalar dahilinde çalıştırıldıklarında nispeten sağlamdır (uygun değer kaybı ). Bununla birlikte, modern FET cihazları genellikle bir vücut diyotu içerebilir . Vücut diyotunun özellikleri dikkate alınmazsa, FET, parazitik bir transistörün açılacağı ve FET kapalıyken drenajdan kaynağa yüksek akım çekilmesine izin verdiği yavaş vücut diyot davranışı yaşayabilir.
Kullanımlar
En yaygın kullanılan FET, MOSFET'tir . CMOS (Tamamlayıcı metal oksit yarıiletken) işlem teknolojisi, modern temelidir dijital entegre devreler . Bu işlem teknolojisi , (genellikle "geliştirme modu") p-kanal MOSFET ve n-kanal MOSFET'in, biri açıkken diğeri kapalı olacak şekilde seri olarak bağlandığı bir düzenleme kullanır.
FET'lerde, doğrusal modda çalıştırıldığında elektronlar kanal boyunca her iki yönde akabilir. Cihazlar tipik olarak (ancak her zaman değil) kaynaktan drenaja simetrik olarak inşa edildiğinden, tahliye terminali ve kaynak terminalinin adlandırma kuralı biraz keyfidir. Bu, FET'leri yollar arasında analog sinyalleri değiştirmek için uygun hale getirir ( çoğullama ). Bu konsept ile, örneğin bir katı hal karıştırma panosu inşa edilebilir . FET, genellikle bir amplifikatör olarak kullanılır. Örneğin, geniş giriş direnci ve düşük çıkış direnci nedeniyle, ortak drenaj (kaynak takipçisi) konfigürasyonunda bir tampon olarak etkilidir .
IGBT'ler, hızlı anahtarlama ve voltaj engelleme özelliklerinin önemli olduğu içten yanmalı motor ateşleme bobinlerinin anahtarlanmasında kullanılır.
Kaynak geçişli transistör
Kaynak geçişli transistörler, görüntüleme ekranları gibi geniş alanlı elektronik cihazlarda üretim ve çevre sorunlarına karşı daha sağlamdır, ancak FET'lerden daha yavaş çalışır.
Ayrıca bakınız
- Kimyasal alan etkili transistör
- CMOS
- FET amplifikatörü
- FinFET
- FlowFET
- Cihazı birden çok kez kullanın
Referanslar
|Wikimedia Commons, Alan Etkili Transistörlerle ilgili medyaya sahiptir .|
- PBS Alan Etkili Transistör
- Yarıiletkenler ve Transistörler Nasıl Çalışır (MOSFET'ler) WeCanFigureThisOut.org
- Bağlantı Alan Etkili Transistör
- CMOS geçit devresi
- CMOS Analog Anahtarlarda Latchup'a Karşı Savaşı Kazanmak
- Teoride ve Uygulamada Alan Etkili Transistörler
- Voltaj Kontrollü Direnç Olarak Alan Etkili Transistör
- "FET (alan etkili transistör)" . rolinychupetin (LRLinares). 30 Mart 2013 - YouTube aracılığıyla .