2. Схемы включения полевых транзисторов

Рис. 11 Схемы включения полевых транзисторов

Биполярный и полевой транзистор обычно рассматривают как четырехполюсник, у которого два из четырех контактов совпадают. Тогда можно определить три схемы включения транзисторов: с общим истоком, с общим затвором и с общим стоком. По характеристикам они очень похожи на схемы включения биполярных транзисторов. Наиболее часто реализуется схема с общим истоком (а), поскольку дает большее усиление по току и мощности. Схема с общим затвором (б) усиления по току почти не дает и имеет малое входное сопротивление. Поэтому такая схема на практике мало применяется. Схема с общим стоком (в) называется истоковым повторителем, ее коэффициент усилением составляет порядка единицы, такую схему используют чаще всего для развязки каскадов усиления, так как ее входное сопротивление велико, а выходное мало.

3. Применение полевых транзисторов

Полевые транзисторы нашли широкое применение в радиоэлектронике. МДП-транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление (RBX> 1014 Ом, иногда до 1017 Ом). Параметры МДП-транзисторов меньше зависят от температуры, чем биполярных. Полевые транзисторы могут работать при низких температурах. Их параметры весьма стабильны во времени даже при негативных внешних воздействиях, включая радиацию, поэтому они могут быть использованы в бортовой аппаратуре космических аппаратов. Технология изготовления полевых транзисторов весьма проста, поэтому при их изготовлении процент брака существенно меньше, чем при изготовлении биполярных транзисторов. При изготовлении интегральных схем на основе полевых транзисторов можно добиться высокой плотности расположения элементов, значительно выше (примерно на порядок), чем для биполярных транзисторов. На основе МДП-транзисторов могут быть изготовлены резисторы для монолитных интегральных микросхем. Они также могут использоваться в логических схемах, их применяют в вычислительной технике. При всех своих достоинствах полевые транзисторы обладают такими недостатками, как малый коэффициент усиления и меньший, чем у биполярных частотный диапазон, поэтому их используют в устройствах с частотами до нескольких мегагерц. Создание гибридных микросхем с улучшенными характеристиками возможно при совместном применении полевых и биполярных транзисторов. Полевые транзисторы применяют в схемах усилителей, генераторов, переключателей.

4. Перспективы развития

Светоизлучающий органический полевой транзистор [11].

Изобретение относится к области оптики, в частности к электролюминесцирующим наноструктурам, и может быть использовано при создании устройств для отображения алфавитно-цифровой и графической информации. Сущность изобретения состоит в том, что активный слой выполнен в виде органической матрицы с внедренными в нее двухкомпонентными (ядро-оболочка) полупроводниковыми наночастицами. Диаметр полупроводникового ядра наночастиц может изменяться в пределах 2.0-6.0 нм а толщина полупроводниковой оболочки может изменяться в пределах 1.0-3.0 нм для перестройки длины волны излучения в пределах 400-650 нм видимого спектра. Изобретение может быть использовано для создания светоизлучающих органических полевых транзисторов с высоким квантовым выходом люминесценции и регулируемым спектром излучения в видимом диапазоне длин волн, что важно для создания алфавитно-цифровых дисплеев нового поколения.

Создание графеновых транзисторов [12]. Исследователи из HRL Laboratories объявили о создании графеновых полевых транзисторов, в которых подвижность зарядов в 6 - 8 раз превышает возможности современных кремниевых технологий. Для кремния экспериментально измеренная подвижность зарядов в кремнии составляет около 1400 квадратных сантиметров на вольт в секунду, для в графена подвижность может достигать 200 тысяч см2/В×с при комнатной температуре (правда, на практике пока был достигнут уровень лишь в 15 тысяч см2/В×с, что, более чем в 10 раз превосходит кремний). Исследователи из HRL Laboratories объявили о том, что им удалось создать устройства из единичного слоя графена на подложке из карбида кремния диаметром 2 дюйма. В транзисторах данного типа подвижность зарядов составляет порядка 6000 см2/В×с, что в 6 - 8 раз выше, чем у наиболее совершенной на сегодняшний день кремниевой технологии n-MOSFET.

-нм технология FinFET от Intel.[13] Впервые были запущены в серийное производство транзисторы с трехмерной структурой. О начале производства объемной транзисторной структуры Tri-Gate компания Intel известила общественность еще в 2002 г. Однако кристаллы с такими транзисторами корпорация начала продавать только в апреле: новые процессоры Intel носят кодовое имя Ivy Bridge. Трехзатворные транзисторы имеют структуру, представленную на рис. 12.

Рис. 12. Схема трехзатворного транзистора с ребрами: : gate - затвор, oxide - оксид кремния, silicon substrate - кремниевая подложка.

В 3D-транзисторе Tri-Gate используются три затвора, расположенных вокруг кремниевого канала в объемной структуре, что обеспечивает уникальное сочетание производительности и очень малого потребления - преимуществ, востребованных как в смартфонах и планшетах, так и для мощных процессоров для ПК и серверов. Высокая эффективность новых транзисторов при низком напряжении питания позволяет создавать новые микроархитектуры на базе 22-нм процессоров Intel Atom. Здесь в полной мере используются возможности технологии 3D Tri-Gate, обеспечивающей очень малое потребление.

Заключение

Развитие полупроводниковых приборов происходит весьма быстрыми темпами. Разрабатываются приборы для работы в области высоких частот, мощностей и температур при минимизации их размеров. Особое внимание уделяется повышению надежности, стабильности и долговечности работы транзисторов в различных режимах и условиях эксплуатации. Наиболее важным направлением развития электроники является миниатюризация приборов. Это связано с тем, бурным развитием микроэлектроники и вычислительной техники с цифровой обработкой различной информации. В данной курсовой работе представлена история создания полевых транзисторов, рассмотрены физические процессы в полевых транзисторах, приведена их классификация, приведены основные их характеристики и режимы работы в различных схемах включения, рассмотрено применение полевых транзисторов, перспективы их развития. Данная курсовая работа может быть использована в учебном процессе при изучении основ и применения полевых транзисторов.

Литература

Джесси Рассел Полевой транзистор, VSD, 2012. - 80 стр.

Р. Куэй Электроника на основе нитрида галлия/Пер.с англ./ под ред. д.ф.−м.н. А.Г. Васильева, М.: Техносфера, 2011. - 592с.

Старосельский В.И. Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники: учебн. пособие, М.: Высшее образование, Юрайт- Издат. 2009.- 463 стр.

Горбацевич А.А. Полупроводниковые гетероструктуры и приборы на их основе/А.А. Горбацевич и др.//Нанотехнологии в электронике/под ред. Ю.А. Чаплыгина. - М. Техносфера, 2005. - С. 172 - 242.

Москатов Е. А. Электронная техника. Специальная редакция для журнала “Радио”. - Таганрог, 2004. - 121 стр.

B. Van Zeghbroeck Principles of Semiconductor Devices, 2011.- 715 pp. M. Sze, Kwok K. Ng Physics of Semiconductor Devices, John Wiley&Sons Inc., Hoboken, New Jersey, 2007. - 793 pp.