stringtranslate.com

Полевой транзистор

Поперечное сечение полевого транзистора типа MOSFET, показывающее выводы истока , затвора и стока , а также изолирующий оксидный слой.

Полевой транзистор ( FET ) — это тип транзистора , который использует электрическое поле для управления током через полупроводник . Он бывает двух типов: полевой транзистор с переходом (JFET) и металл-оксид-полупроводник полевой транзистор (MOSFET). Полевые транзисторы имеют три вывода: исток , затвор и сток . Полевые транзисторы управляют током, прикладывая напряжение к затвору, что, в свою очередь, изменяет проводимость между стоком и истоком.

Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы , поскольку они работают по принципу одностороннего переноса заряда. То есть полевые транзисторы используют в качестве носителей заряда либо электроны (n-канал), либо дырки (p-канал) , но не оба сразу. Существует множество различных типов полевых транзисторов. Полевые транзисторы обычно демонстрируют очень высокое входное сопротивление на низких частотах. Наиболее широко используемым полевым транзистором является МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник).

История

Юлиус Эдгар Лилиенфельд , предложивший концепцию полевого транзистора в 1925 году.

Концепция полевого транзистора (FET) была впервые запатентована физиком австро-венгерского происхождения Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом в 1925 году [1] и Оскаром Хейлем в 1934 году, но они не смогли построить работающее практическое полупроводниковое устройство на основе этой концепции. Позднее транзисторный эффект наблюдали и объясняли Джон Бардин и Уолтер Хаузер Браттейн, работавшие под руководством Уильяма Шокли в Bell Labs в 1947 году, вскоре после истечения срока действия 17-летнего патента. Первоначально Шокли пытался построить работающий FET, пытаясь модулировать проводимость полупроводника , но потерпел неудачу, в основном из-за проблем с поверхностными состояниями , оборванной связью и материалами на основе германия и меди . В ходе попыток понять таинственные причины неудач в создании рабочего полевого транзистора Бардин и Браттейн вместо этого изобрели в 1947 году точечно-контактный транзистор , за которым в 1948 году последовал биполярный транзистор Шокли. [2] [3]

Первым успешно построенным устройством на основе полевого транзистора был полевой транзистор с переходом (JFET). [2] Впервые полевой транзистор с переходом был запатентован Генрихом Велькером в 1945 году. [4] Статический индукционный транзистор (SIT), тип полевого транзистора с переходом с коротким каналом, был изобретен японскими инженерами Дзюнъити Нисидзавой и Ё. Ватанабе в 1950 году. После теоретического рассмотрения Шокли полевого транзистора с переходом в 1952 году, работающий практический полевой транзистор с переходом был построен Джорджем К. Дейси и Яном М. Россом в 1953 году. [5] Однако у полевого транзистора с переходом все еще были проблемы, влияющие на транзисторы с переходом в целом. [6] Полевые транзисторы с переходом были относительно громоздкими устройствами, которые было трудно производить на основе массового производства , что ограничивало их ряд специализированных приложений. Полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET) был теоретически предложен в качестве потенциальной альтернативы транзисторам с плоским переходом, но исследователи не смогли создать работающие IGFET, в основном из-за проблемного поверхностного барьера, который препятствовал проникновению внешнего электрического поля в материал. [6] К середине 1950-х годов исследователи в значительной степени отказались от концепции FET и вместо этого сосредоточились на технологии биполярных транзисторов с плоским переходом (BJT). [7]

Основы технологии MOSFET были заложены работами Уильяма Шокли , Джона Бардина и Уолтера Браттейна . Шокли независимо друг от друга представил концепцию полевого транзистора в 1945 году, но не смог построить работающее устройство. В следующем году Бардин объяснил свою неудачу с точки зрения поверхностных состояний . Бардин применил теорию поверхностных состояний к полупроводникам (предыдущая работа по поверхностным состояниям была выполнена Шокли в 1939 году и Игорем Таммом в 1932 году) и понял, что внешнее поле блокируется на поверхности из-за дополнительных электронов, которые притягиваются к поверхности полупроводника. Электроны оказываются запертыми в этих локализованных состояниях, образуя инверсионный слой. Гипотеза Бардина ознаменовала рождение физики поверхности . Затем Бардин решил использовать инверсионный слой вместо очень тонкого слоя полупроводника, который Шокли представлял в своих конструкциях полевых транзисторов. Основываясь на своей теории, в 1948 году Бардин запатентовал предшественника МОП-транзистора, полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET) с инверсионным слоем. Инверсионный слой ограничивает поток неосновных носителей, увеличивая модуляцию и проводимость, хотя его электронный транспорт зависит от изолятора затвора или качества оксида, если он используется в качестве изолятора, нанесенного над инверсионным слоем. Патент Бардина, а также концепция инверсионного слоя составляют основу технологии КМОП сегодня. В 1976 году Шокли описал гипотезу Бардина о поверхностном состоянии «как одну из самых значительных исследовательских идей в программе полупроводников». [8]

После теории поверхностных состояний Бардина трио попыталось преодолеть эффект поверхностных состояний. В конце 1947 года Роберт Гибни и Браттейн предложили использовать электролит, помещенный между металлом и полупроводником, чтобы преодолеть эффекты поверхностных состояний. Их устройство FET работало, но усиление было плохим. Бардин пошел дальше и предложил сосредоточиться на проводимости инверсионного слоя. Дальнейшие эксперименты привели их к замене электролита слоем твердого оксида в надежде получить лучшие результаты. Их целью было проникнуть через оксидный слой и добраться до инверсионного слоя. Однако Бардин предложил им перейти с кремния на германий , и в процессе их оксид непреднамеренно смылся. Они наткнулись на совершенно другой транзистор, точечно-контактный транзистор . Лиллиан Ходдесон утверждает, что «если бы Браттейн и Бардейн работали с кремнием вместо германия, они бы наткнулись на успешный полевой транзистор». [8] [9] [10] [11] [12]

К концу первой половины 1950-х годов, после теоретических и экспериментальных работ Бардина, Браттейна, Кингстона, Моррисона и других, стало более ясно, что существует два типа поверхностных состояний. Было обнаружено, что быстрые поверхностные состояния связаны с объемом и интерфейсом полупроводник/оксид. Было обнаружено, что медленные поверхностные состояния связаны с оксидным слоем из-за адсорбции атомов, молекул и ионов оксидом из окружающей среды. Было обнаружено, что последние гораздо более многочисленны и имеют гораздо более длительное время релаксации . В то время Фило Фарнсворт и другие придумали различные методы получения атомарно чистых поверхностей полупроводников.

В 1955 году Карл Фрош и Линкольн Деррик случайно покрыли поверхность кремниевой пластины слоем диоксида кремния . [13] Они показали, что оксидный слой препятствует проникновению определенных легирующих примесей в кремниевую пластину, допуская при этом другие, тем самым открыв пассивирующий эффект окисления на поверхности полупроводника. Их дальнейшая работа продемонстрировала, как протравить небольшие отверстия в оксидном слое для диффузии легирующих примесей в выбранные области кремниевой пластины. В 1957 году они опубликовали исследовательскую работу и запатентовали свою методику, обобщающую их работу. Разработанная ими методика известна как маскирование оксидной диффузии, которая позже будет использоваться при изготовлении устройств MOSFET. [14] В Bell Labs важность методики Фроша была немедленно осознана. Результаты их работы распространялись в Bell Labs в форме служебных записок BTL, прежде чем были опубликованы в 1957 году. В Shockley Semiconductor Шокли распространил препринт их статьи в декабре 1956 года среди всех своих старших сотрудников, включая Жана Эрни . [6] [15] [16]

В 1955 году Ян Манро Росс подал заявку на патент на FeFET или MFSFET. Его структура была похожа на структуру современного инверсионного канала MOSFET, но в качестве диэлектрика/изолятора вместо оксида использовался сегнетоэлектрический материал. Он представлял его как форму памяти, за много лет до плавающего затвора MOSFET . В феврале 1957 года Джон Уоллмарк подал заявку на патент на FET , в котором в качестве диэлектрика затвора использовался монооксид германия , но он не стал развивать эту идею. В своем другом патенте, поданном в том же году, он описал двухзатворный FET. В марте 1957 года в своей лабораторной записной книжке Эрнесто Лабате, научный сотрудник Bell Labs , задумал устройство, похожее на предложенный позднее MOSFET, хотя устройство Лабате явно не использовало диоксид кремния в качестве изолятора. [17] [18] [19] [20]

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (МОП-транзистор)

1957, Схема одного из транзисторных устройств SiO2, созданных Фрошем и Дерриком [14]

В 1955 году Карл Фрош и Линкольн Деррик случайно вырастили слой диоксида кремния поверх кремниевой пластины, для которого они наблюдали эффекты пассивации поверхности . [21] [22] К 1957 году Фрош и Деррик, используя маскирование и предварительное осаждение, смогли изготовить транзисторы из диоксида кремния и показали, что диоксид кремния изолирует, защищает кремниевые пластины и предотвращает диффузию легирующих примесей в пластину. [21] [23] Дж. Р. Лигенца и В. Г. Шпитцер изучили механизм термически выращенных оксидов и изготовили высококачественный стек Si/ SiO 2 в 1960 году. [24] [25] [26]

После этого исследования Мохамед Аталла и Давон Канг предложили кремниевый МОП-транзистор в 1959 году [27] и успешно продемонстрировали работающее МОП-устройство со своей командой из Bell Labs в 1960 году. [28] [29] В их команду входили EE LaBate и EI Povilonis, которые изготовили устройство; MO Thurston, LA D'Asaro и JR Ligenza, которые разработали процессы диффузии, а также HK Gummel и R. Lindner, которые охарактеризовали устройство. [30] [31]

Благодаря своей высокой масштабируемости [32] , гораздо более низкому энергопотреблению и более высокой плотности, чем у биполярных транзисторов, [33] МОП-транзистор сделал возможным создание интегральных схем высокой плотности . [34] МОП-транзистор также способен обрабатывать более высокую мощность, чем JFET. [35] МОП-транзистор был первым по-настоящему компактным транзистором, который можно было миниатюризировать и производить массово для широкого спектра применений. [6] Таким образом, МОП-транзистор стал наиболее распространенным типом транзистора в компьютерах, электронике [36] и коммуникационных технологиях (например, смартфонах ). [37] Патентное и товарное ведомство США называет его «новаторским изобретением, которое изменило жизнь и культуру во всем мире». [37]

В 1948 году Бардин и Браттейн запатентовали прародителя МОП-транзистора — полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET) с инверсионным слоем. Их патент и концепция инверсионного слоя сегодня составляют основу технологии КМОП. [38] КМОП (комплементарный МОП), процесс изготовления полупроводниковых приборов для МОП-транзисторов, был разработан Чи-Тангом Са и Фрэнком Ванлассом в Fairchild Semiconductor в 1963 году. [39] [40] Первый отчет о МОП-транзисторе с плавающим затвором был сделан Давоном Кангом и Саймоном Сзе в 1967 году. [41] Концепция тонкопленочного транзистора с двойным затвором (TFT) была предложена HR Farrah ( Bendix Corporation ) и RF Steinberg в 1967 году. [42] МОП -транзистор с двойным затвором был впервые продемонстрирован в 1984 году исследователями Электротехнической лаборатории Тосихиро Секигавой и Ютакой Хаяши. [43] [44] FinFET (fin-полевой транзистор), тип 3D непланарного многозатворного МОП-транзистора, возник в результате исследований Дига Хисамото и его команды в Центральной исследовательской лаборатории Hitachi в 1989 году. [45] [46]

Основная информация

Полевые транзисторы могут быть устройствами с основными носителями заряда, в которых ток переносится преимущественно основными носителями, или устройствами с неосновными носителями заряда, в которых ток в основном обусловлен потоком неосновных носителей. [47] Устройство состоит из активного канала, по которому носители заряда, электроны или дырки , текут от истока к стоку. Проводники выводов истока и стока подключены к полупроводнику через омические контакты . Проводимость канала является функцией потенциала, приложенного к выводам затвора и истока.

Три вывода полевого транзистора: [48]

  1. источник (S), через который носители поступают в канал. Условно ток, поступающий в канал в точке S, обозначается как I S .
  2. сток (D), через который носители покидают канал. Условно ток, покидающий канал в точке D, обозначается как I D . Напряжение сток-исток равно V DS .
  3. затвор (G), терминал , который модулирует проводимость канала. Подавая напряжение на G, можно управлять I D.

Подробнее о терминалах

Поперечное сечение МОП-транзистора n-типа

Все полевые транзисторы имеют выводы истока , стока и затвора , которые примерно соответствуют эмиттеру , коллектору и базе биполярных транзисторов . Большинство полевых транзисторов имеют четвертый вывод, называемый телом , базой , объемом или подложкой . Этот четвертый вывод служит для смещения транзистора в работу; редко встречается нетривиальное использование вывода тела в схемах, но его наличие важно при настройке физической компоновки интегральной схемы . Размер затвора, длина L на схеме, представляет собой расстояние между истоком и стоком. Ширина представляет собой расширение транзистора в направлении, перпендикулярном поперечному сечению на схеме (т. е. внутрь/из экрана). Обычно ширина намного больше длины затвора. Длина затвора 1 мкм ограничивает верхнюю частоту примерно 5 ГГц, 0,2 мкм — примерно 30 ГГц.

Названия выводов относятся к их функциям. Вывод затвора можно рассматривать как управляющий открытием и закрытием физического затвора. Этот затвор позволяет электронам проходить через него или блокирует их проход, создавая или устраняя канал между истоком и стоком. Поток электронов от вывода источника к выводу стока зависит от приложенного напряжения. Тело просто относится к объему полупроводника, в котором находятся затвор, исток и сток. Обычно вывод тела подключен к самому высокому или самому низкому напряжению в цепи, в зависимости от типа полевого транзистора. Вывод тела и вывод источника иногда соединены вместе, поскольку источник часто подключен к самому высокому или самому низкому напряжению в цепи, хотя есть несколько применений полевых транзисторов, которые не имеют такой конфигурации, например, вентили передачи и каскодные схемы.

В отличие от BJT, подавляющее большинство FET электрически симметричны. Таким образом, выводы истока и стока можно менять местами в практических схемах без изменения рабочих характеристик или функций. Это может сбивать с толку, когда FET кажутся подключенными «наоборот» на принципиальных схемах и схемах, поскольку физическая ориентация FET была определена по другим причинам, например, из соображений компоновки печатной платы.

Влияние напряжения затвора на ток

Вольт-амперные характеристики и выходной график транзистора с каналом JFET n-типа
Результат моделирования для правой стороны: формирование инверсионного канала (плотность электронов) и левой стороны: кривая напряжения ток-затвор (передаточные характеристики) в n-канальном нанопроводном МОП-транзисторе . Обратите внимание, что пороговое напряжение для этого устройства составляет около 0,45 В.
Типы условных обозначений полевых транзисторов

Полевой транзистор управляет потоком электронов (или электронных дырок ) от истока к стоку, влияя на размер и форму «проводящего канала», создаваемого и находящегося под влиянием напряжения (или отсутствия напряжения), приложенного к выводам затвора и истока. (Для простоты в этом обсуждении предполагается, что корпус и исток соединены.) Этот проводящий канал представляет собой «поток», по которому электроны текут от истока к стоку.

n-канальный полевой транзистор

В n-канальном "режиме обеднения" отрицательное напряжение затвор-исток заставляет область обеднения расширяться в ширину и вторгаться в канал с боков, сужая канал. Если активная область расширяется, чтобы полностью закрыть канал, сопротивление канала от истока до стока становится большим, и полевой транзистор фактически выключается как переключатель (см. правый рисунок, когда есть очень малый ток). Это называется "отсечка", а напряжение, при котором это происходит, называется "напряжением отсечки". И наоборот, положительное напряжение затвор-исток увеличивает размер канала и позволяет электронам легко течь (см. правый рисунок, когда есть канал проводимости и ток большой).

В n-канальном устройстве «улучшенного режима» проводящий канал не существует естественным образом внутри транзистора, и для его создания необходимо положительное напряжение затвор-исток. Положительное напряжение притягивает свободно плавающие электроны внутри тела к затвору, образуя проводящий канал. Но сначала необходимо притянуть достаточно электронов вблизи затвора, чтобы противостоять легирующим ионам, добавленным в тело полевого транзистора; это образует область без подвижных носителей, называемую областью обеднения , а напряжение, при котором это происходит, называется пороговым напряжением полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения затвор-исток привлечет еще больше электронов к затвору, которые способны создать активный канал от истока к стоку; этот процесс называется инверсией .

p-канальный полевой транзистор

В p-канальном устройстве «режима обеднения» положительное напряжение от затвора к корпусу расширяет обедненный слой, заставляя электроны двигаться к интерфейсу затвор-изолятор/полупроводник, оставляя открытой свободную от носителей область неподвижных, положительно заряженных ионов-акцепторов.

Напротив, в p-канальном устройстве «режима улучшения» проводящая область отсутствует, и для создания канала проводимости необходимо использовать отрицательное напряжение.

Влияние напряжения сток-исток на канал

Для устройств как с режимом обогащения, так и с режимом обеднения при напряжениях сток-исток, намного меньших напряжений затвор-исток, изменение напряжения затвора изменит сопротивление канала, а ток стока будет пропорционален напряжению стока (относительно напряжения источника). В этом режиме полевой транзистор работает как переменный резистор, и говорят, что полевой транзистор работает в линейном режиме или омическом режиме. [49] [50]

Если напряжение сток-исток увеличивается, это создает значительное асимметричное изменение формы канала из-за градиента потенциала напряжения от источника к стоку. Форма области инверсии становится «защемленной» вблизи конца стока канала. Если напряжение сток-исток увеличивается еще больше, точка защемления канала начинает перемещаться от стока к истоку. Говорят, что полевой транзистор находится в режиме насыщения ; [51] хотя некоторые авторы называют его активным режимом для лучшей аналогии с рабочими областями биполярного транзистора. [52] [53]Режим насыщения, или область между омическим и насыщением, используется, когда необходимо усиление. Промежуточная область иногда считается частью омической или линейной области, даже если ток стока не является приблизительно линейным с напряжением стока.

Даже несмотря на то, что проводящий канал, образованный напряжением затвор-исток, больше не соединяет исток со стоком в режиме насыщения, поток носителей не блокируется. Если снова рассмотреть устройство с n-каналом в режиме улучшения, то в теле p-типа существует область истощения , окружающая проводящий канал и области стока и истока. Электроны, которые составляют канал, могут свободно выходить из канала через область истощения, если их притягивает к стоку напряжение сток-исток. Область истощения свободна от носителей и имеет сопротивление, подобное кремнию . Любое увеличение напряжения сток-исток увеличит расстояние от стока до точки отсечки, увеличивая сопротивление области истощения пропорционально приложенному напряжению сток-исток. Это пропорциональное изменение заставляет ток сток-исток оставаться относительно фиксированным, независимым от изменений напряжения сток-исток, что совсем не похоже на его омическое поведение в линейном режиме работы. Таким образом, в режиме насыщения FET ведет себя как источник постоянного тока, а не как резистор, и может эффективно использоваться как усилитель напряжения. В этом случае напряжение затвор-исток определяет уровень постоянного тока через канал.

Состав

Полевые транзисторы могут быть изготовлены из различных полупроводников, из которых кремний является наиболее распространенным. Большинство полевых транзисторов изготавливаются с использованием обычных методов обработки объемных полупроводников , используя монокристаллическую полупроводниковую пластину в качестве активной области или канала.

Среди наиболее необычных материалов корпуса — аморфный кремний , поликристаллический кремний или другие аморфные полупроводники в тонкопленочных транзисторах или органических полевых транзисторах (OFET), которые основаны на органических полупроводниках ; часто изоляторы затвора и электроды OFET также изготавливаются из органических материалов. Такие FET изготавливаются с использованием различных материалов, таких как карбид кремния (SiC), арсенид галлия (GaAs), нитрид галлия (GaN) и арсенид галлия-индия (InGaAs).

В июне 2011 года IBM объявила об успешном использовании полевых транзисторов на основе графена в интегральной схеме . [54] [55] Эти транзисторы способны работать на частоте среза около 2,23 ГГц, что намного выше, чем у стандартных кремниевых полевых транзисторов. [56]

Типы

Полевые транзисторы обедненного типа при типичных напряжениях: JFET, поликремниевый МОП-транзистор, двухзатворный МОП-транзистор, металлический МОП-транзистор, MESFET.
  Истощение
  Электроны
  Отверстия
  Металл
  Изолятор
Вверху: исток, внизу: сток, слева: затвор, справа: объем. Напряжения, которые приводят к образованию канала, не показаны.

Канал полевого транзистора легируется для получения либо полупроводника n-типа , либо полупроводника p-типа. Сток и исток могут быть легированы противоположным типом по отношению к каналу в случае полевых транзисторов с режимом обогащения или легированы аналогичным типом по отношению к каналу, как в полевых транзисторах с режимом обеднения. Полевые транзисторы также различаются по способу изоляции между каналом и затвором. Типы полевых транзисторов включают:

Преимущества

Полевые транзисторы имеют высокое сопротивление тока затвор-сток, порядка 100 МОм или более, что обеспечивает высокую степень изоляции между управлением и потоком. Поскольку шум базового тока будет увеличиваться со временем формирования [ необходимо разъяснение ] , [68] полевой транзистор обычно производит меньше шума, чем биполярный транзистор (BJT), и встречается в чувствительной к шуму электронике, такой как тюнеры и малошумящие усилители для VHF и спутниковых приемников. Он не показывает напряжения смещения при нулевом токе стока и является отличным прерывателем сигнала. Он обычно имеет лучшую термическую стабильность, чем BJT. [48]

Поскольку полевые транзисторы управляются зарядом затвора, как только затвор закрывается или открывается, нет дополнительного потребления мощности, как это было бы с биполярным транзистором или с неблокирующимися реле в некоторых состояниях. Это позволяет производить коммутацию с чрезвычайно низким энергопотреблением, что в свою очередь позволяет большую миниатюризацию схем, поскольку потребности в рассеивании тепла уменьшаются по сравнению с другими типами переключателей.

Недостатки

Полевой транзистор имеет относительно низкое произведение коэффициента усиления на полосу пропускания по сравнению с биполярным транзистором. МОП-транзисторы очень восприимчивы к перегрузкам по напряжению, поэтому требуют особого обращения во время установки. [69] Хрупкий изолирующий слой МОП-транзистора между затвором и каналом делает его уязвимым для электростатического разряда или изменений порогового напряжения во время обращения. Обычно это не является проблемой после того, как устройство установлено в правильно спроектированной схеме.

FET часто имеют очень низкое сопротивление «включено» и высокое сопротивление «выключено». Однако промежуточные сопротивления значительны, и поэтому FET могут рассеивать большое количество энергии при переключении. Таким образом, эффективность может сделать приоритетным быстрое переключение, но это может вызвать переходные процессы, которые могут возбуждать паразитные индуктивности и генерировать значительные напряжения, которые могут связываться с затвором и вызывать непреднамеренное переключение. Поэтому схемы FET могут требовать очень тщательной компоновки и могут включать компромиссы между скоростью переключения и рассеиванием мощности. Существует также компромисс между номинальным напряжением и сопротивлением «включено», поэтому высоковольтные FET имеют относительно высокое сопротивление «включено» и, следовательно, потери проводимости. [70]

Виды отказов

Полевые транзисторы относительно надежны, особенно при работе в пределах температурных и электрических ограничений, определенных производителем (правильное снижение номинальных характеристик ). Однако современные устройства FET часто могут включать в себя внутренний диод . Если характеристики внутреннего диода не принимаются во внимание, FET может испытывать медленное поведение внутреннего диода, когда паразитный транзистор включится и позволит большому току проходить от стока к истоку, когда FET выключен. [71]

Использует

Наиболее часто используемый полевой транзистор — это МОП-транзистор . Технология КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник) является основой современных цифровых интегральных схем . Эта технология использует схему, в которой (обычно «улучшенный режим») p-канальный МОП-транзистор и n-канальный МОП-транзистор соединены последовательно таким образом, что когда один включен, другой выключен.

В полевых транзисторах электроны могут течь в любом направлении через канал при работе в линейном режиме. Соглашение об именовании вывода стока и вывода истока несколько произвольно, поскольку устройства обычно (но не всегда) построены симметрично от источника к стоку. Это делает полевые транзисторы подходящими для переключения аналоговых сигналов между путями ( мультиплексирование ). С помощью этой концепции можно построить твердотельную микшерную плату , например. Полевой транзистор обычно используется в качестве усилителя. Например, из-за его большого входного сопротивления и низкого выходного сопротивления он эффективен в качестве буфера в конфигурации с общим стоком (источниковый повторитель).

БТИЗ используются для коммутации катушек зажигания двигателей внутреннего сгорания, где важны быстрое переключение и возможность блокировки напряжения.

Транзистор с истоковым затвором

Транзисторы с истоковым затвором более устойчивы к производственным и экологическим проблемам в электронных устройствах большой площади, таких как экраны дисплеев, но работают медленнее, чем полевые транзисторы. [72]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Лилиенфельд, Дж. Э. «Метод и устройство для управления электрическим током». Архивировано 9 апреля 2022 г. в Wayback Machine. Патент США № 1,745,175 (подан: 8 октября 1926 г.; выдан: 28 января 1930 г.).
  2. ^ ab Lee, Thomas H. (2003). Проектирование интегральных схем радиочастот КМОП (PDF) . Cambridge University Press . ISBN 978-1-139-64377-1. Архивировано из оригинала (PDF) 2019-12-09 . Получено 2019-07-20 .
  3. ^ Пуэрс, Роберт; Бальди, Ливио; Вурде, Марсель Ван де; Нутен, Себастьян Э. ван (2017). Наноэлектроника: материалы, устройства, применение, 2 тома. Джон Уайли и сыновья . п. 14. ISBN 978-3-527-34053-8.
  4. ^ Грундманн, Мариус (2010). Физика полупроводников . Спрингер-Верлаг. ISBN 978-3-642-13884-3.
  5. ^ Нисидзава, Джун-Ичи (1982). «Приборы с эффектом поля перехода». В Sittig, Roland; Roggwiller, P. (ред.). Полупроводниковые приборы для кондиционирования питания . Springer. стр. 241–272. doi :10.1007/978-1-4684-7263-9_11. ISBN 978-1-4684-7265-3.
  6. ^ abcd Московиц, Сэнфорд Л. (2016). Инновации в области передовых материалов: управление глобальными технологиями в 21 веке. John Wiley & Sons . стр. 168. ISBN 978-0-470-50892-3.
  7. ^ «Основание сегодняшнего цифрового мира: триумф МОП-транзистора». Музей компьютерной истории . 13 июля 2010 г. Получено 21 июля 2019 г.
  8. ^ ab Howard R. Duff (2001). "Джон Бардин и физика транзисторов". Труды конференции AIP . Том 550. С. 3–32. doi : 10.1063/1.1354371 .
  9. ^ Ганс Камензинд (2005). Проектирование аналоговых микросхем.
  10. ^ Массуд, Хишам З. (1997). ULSI Science and Technology/1997. Электрохимическое общество. стр. 43. ISBN 978-1-56677-130-6.
  11. ^ Лиллиан Ходдесон (1994). «Исследования кристаллических выпрямителей во время Второй мировой войны и изобретение транзистора». История и технологии . 11 (2): 121–130. doi :10.1080/07341519408581858.
  12. ^ Майкл Риордан; Лилиан Ходдесон (1997). Crystal Fire: The Birth of the Information Age . WW Norton & Company. ISBN 978-0-393-04124-8.
  13. ^ US2802760A, Линкольн, Дерик и Фрош, Карл Дж., «Окисление полупроводниковых поверхностей для контролируемой диффузии», выпущено 1957-08-13 
  14. ^ ab Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  15. ^ Кристоф Лекюйер; Дэвид С. Брук; Джей Ласт (2010). Создатели микрочипа: документальная история Fairchild Semiconductor. MIT Press. С. 62–63. ISBN 978-0-262-01424-3.
  16. ^ Claeys, Cor L. (2003). Интеграция процессов ULSI III: Труды Международного симпозиума. Электрохимическое общество . С. 27–30. ISBN 978-1-56677-376-8.
  17. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Springer Science & Business Media. стр. 324. ISBN 978-3-540-34258-8.
  18. ^ Стефан Фердинанд Мюллер (2016). Разработка сегнетоэлектрических запоминающих устройств на основе HfO2 для будущих узлов технологии КМОП . BoD – Книги по запросу. ISBN 978-3-7392-4894-3.
  19. ^ BG Lowe; RA Sareen (2013). Полупроводниковые рентгеновские детекторы . CRC Press. ISBN 978-1-4665-5401-6.
  20. ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). В цифровую эпоху: исследовательские лаборатории, стартапы и рост технологии МОП. Johns Hopkins University Press. стр. 22. ISBN 978-0-8018-8639-3.
  21. ^ ab Хафф, Ховард; Риордан, Майкл (2007-09-01). "Фрош и Дерик: Пятьдесят лет спустя (Предисловие)". Интерфейс Электрохимического общества . 16 (3): 29. doi :10.1149/2.F02073IF. ISSN  1064-8208.
  22. ^ US2802760A, Линкольн, Дерик и Фрош, Карл Дж., «Окисление полупроводниковых поверхностей для контролируемой диффузии», выпущено 1957-08-13 
  23. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  24. ^ Ligenza, JR; Spitzer, WG (1960-07-01). «Механизмы окисления кремния в паре и кислороде». Журнал физики и химии твердого тела . 14 : 131–136. Bibcode :1960JPCS...14..131L. doi :10.1016/0022-3697(60)90219-5. ISSN  0022-3697.
  25. ^ Дил, Брюс Э. (1998). "Основные моменты технологии термического окисления кремния". Наука и технология кремниевых материалов . Электрохимическое общество . стр. 183. ISBN 978-1566771931.
  26. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Springer Science & Business Media. стр. 322. ISBN 978-3540342588.
  27. ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). В цифровую эпоху: исследовательские лаборатории, стартапы и рост технологии МОП. Johns Hopkins University Press . С. 22–23. ISBN 978-0-8018-8639-3.
  28. ^ Аталла, М .; Канг, Д. (1960). «Кремний-диоксид кремния, индуцированные полем поверхностные приборы». Конференция по исследованию твердотельных приборов IRE-AIEE .
  29. ^ "1960 – Демонстрация транзистора металл-оксид-полупроводник (МОП)". Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Получено 16.01.2023 .
  30. ^ KAHNG, D. (1961). «Устройство на основе поверхности кремния-диоксида кремния». Технический меморандум Bell Laboratories : 583–596. doi :10.1142/9789814503464_0076. ISBN 978-981-02-0209-5.
  31. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. стр. 321. ISBN 978-3-540-34258-8.
  32. ^ Мотоёси, М. (2009). «Сквозной кремниевый переход (TSV)». Труды IEEE . 97 (1): 43–48. doi :10.1109/JPROC.2008.2007462. ISSN  0018-9219. S2CID  29105721.
  33. ^ "Транзисторы поддерживают закон Мура". EETimes . 12 декабря 2018 г. Получено 18 июля 2019 г.
  34. ^ «Кто изобрел транзистор?». Музей истории компьютеров . 4 декабря 2013 г. Получено 20 июля 2019 г.
  35. ^ Дункан, Бен (1996). Высокопроизводительные усилители мощности звука. Elsevier . стр. 177. ISBN 978-0-08-050804-7.
  36. ^ "Dawon Kahng". Национальный зал славы изобретателей . Получено 27 июня 2019 г.
  37. ^ ab "Выступление директора Янку на Международной конференции по интеллектуальной собственности 2019 года". Патентное и товарное ведомство США . 10 июня 2019 г. Получено 20 июля 2019 г.
  38. ^ Говард Р. Дафф (2001). «Джон Бардин и физика транзисторов». Труды конференции AIP . Том 550. С. 3–32. doi : 10.1063/1.1354371 .
  39. ^ "1963: Изобретена конфигурация дополнительной МОП-схемы". Музей компьютерной истории . Получено 6 июля 2019 г.
  40. ^ Патент США 3,102,230 , поданный в 1960 году, выданный в 1963 году.
  41. ^ Д. Канг и С. М. Сзе, «Плавающий затвор и его применение в запоминающих устройствах», The Bell System Technical Journal , т. 46, № 4, 1967, стр. 1288–1295
  42. ^ Фарра, HR; Стейнберг, RF (февраль 1967). «Анализ тонкопленочного транзистора с двойным затвором». IEEE Transactions on Electron Devices . 14 (2): 69–74. Bibcode : 1967ITED...14...69F. doi : 10.1109/T-ED.1967.15901.
  43. ^ Колиндж, Дж. П. (2008). FinFET и другие многозатворные транзисторы. Springer Science & Business Media. стр. 11. ISBN 978-0-387-71751-7.
  44. ↑ Сэкигэва, Тосихиро; Хаяси, Ютака (1 августа 1984 г.). «Расчетные характеристики порогового напряжения XMOS-транзистора с дополнительным нижним затвором». Solid-State Electronics . 27 (8): 827–828. Bibcode : 1984SSEle..27..827S. doi : 10.1016/0038-1101(84)90036-4. ISSN  0038-1101.
  45. ^ "IEEE Andrew S. Grove Award Recipients". IEEE Andrew S. Grove Award . Institute of Electrical and Electronics Engineers . Архивировано из оригинала 9 сентября 2018 года . Получено 4 июля 2019 года .
  46. ^ «Прорывное преимущество для ПЛИС с технологией Tri-Gate» (PDF) . Intel . 2014 . Получено 4 июля 2019 .
  47. ^ Jacob Millman (1985). Электронные приборы и схемы . Сингапур: McGraw-Hill International . стр. 397. ISBN 978-0-07-085505-2.
  48. ^ ab Jacob Millman (1985). Электронные приборы и схемы . Сингапур: McGraw-Hill. С. 384–385. ISBN 978-0-07-085505-2.
  49. ^ Galup-Montoro, C.; Schneider, MC (2007). Моделирование MOSFET для анализа и проектирования схем . Лондон/Сингапур: World Scientific . стр. 83. ISBN 978-981-256-810-6.
  50. ^ Норберт Р. Малик (1995). Электронные схемы: анализ, моделирование и проектирование . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice Hall. С. 315–316. ISBN 978-0-02-374910-0.
  51. ^ Спенсер, Р. Р.; Гаузи, М. С. (2001). Микроэлектронные схемы . Верхняя Сэддл-Ривер, Нью-Джерси: Pearson Education/Prentice-Hall. стр. 102. ISBN 978-0-201-36183-4.
  52. ^ Седра, А.С.; Смит, К.С. (2004). Микроэлектронные схемы (Пятое изд.). Нью-Йорк: Oxford University Press. стр. 552. ISBN 978-0-19-514251-8.
  53. ^ PR Gray; PJ Hurst; SH Lewis; RG Meyer (2001). Анализ и проектирование аналоговых интегральных схем (Четвертое изд.). Нью-Йорк: Wiley. стр. §1.5.2 стр. 45. ISBN 978-0-471-32168-2.
  54. ^ Боб Йирка (10 января 2011 г.). «IBM создает первую интегральную схему на основе графена». Phys.org . Получено 14 января 2019 г. .
  55. ^ Lin, Y.-M.; Valdes-Garcia, A.; Han, S.-J.; Farmer, DB; Sun, Y.; Wu, Y.; Dimitrakopoulos, C.; Grill, A; Avouris, P; Jenkins, KA (2011). "Wafer-Scale Graphene Integrated Circuit". Science . 332 (6035): 1294–1297. Bibcode :2011Sci...332.1294L. doi :10.1126/science.1204428. PMID  21659599. S2CID  3020496.
  56. ^ Belle Dumé (10 декабря 2012 г.). «Гибкий графеновый транзистор устанавливает новые рекорды». Physics World . Получено 14 января 2019 г. .
  57. ^ Шёнинг, Михаэль Дж.; Погосян, Аршак (2002). «Последние достижения в области биологически чувствительных полевых транзисторов (BioFET)» (PDF) . Аналитик . 127 (9): 1137–1151. Bibcode :2002Ana...127.1137S. doi :10.1039/B204444G. PMID  12375833.
  58. ^ freepatentsonline.com, HIGFET и метод - Motorola]
  59. ^ Ионеску, AM; Риель, Х. (2011). «Туннельные полевые транзисторы как энергоэффективные электронные переключатели». Nature . 479 (7373): 329–337. Bibcode :2011Natur.479..329I. doi :10.1038/nature10679. PMID  22094693. S2CID  4322368.
  60. ^ Дюме, Изабель (12 декабря 2018 г.). «Топологический переключатель выключения-включения может создать новый тип транзистора». Physics World . IOP Publishing . Получено 16 января 2022 г. .
  61. ^ «Органический транзистор прокладывает путь для новых поколений нейрокомпьютеров». ScienceDaily . 29 января 2010 г. Получено 14 января 2019 г.
  62. ^ Sarvari H.; Ghayour, R.; Dastjerdy, E. (2011). «Анализ частот графеновых нанолент FET с помощью неравновесной функции Грина в пространстве мод». Physica E: Низкоразмерные системы и наноструктуры . 43 (8): 1509–1513. Bibcode :2011PhyE...43.1509S. doi :10.1016/j.physe.2011.04.018.
  63. ^ Jerzy Ruzyllo (2016). Глоссарий полупроводников: Ресурс для сообщества полупроводников. World Scientific. стр. 244. ISBN 978-981-4749-56-5.
  64. ^ Аппенцеллер Дж. и др. (ноябрь 2008 г.). «К нанопроводной электронике». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 55 (11): 2827–2845. Бибкод : 2008ITED...55.2827A. дои : 10.1109/тед.2008.2008011. ISSN  0018-9383. OCLC  755663637. S2CID  703393.
  65. ^ Пракаш, Абхиджит; Илатихаменех, Хесамеддин; Ву, Пэн; Аппенцеллер, Йорг (2017). «Понимание затвора контакта в транзисторах с барьером Шоттки из 2D каналов». Scientific Reports . 7 (1): 12596. arXiv : 1707.01459 . Bibcode :2017NatSR...712596P. doi :10.1038/s41598-017-12816-3. ISSN  2045-2322. OCLC  1010581463. PMC 5626721 . PMID  28974712. 
  66. ^ Миклош, Больца. «Что такое графеновые полевые транзисторы (GFET)?». Graphenea . Получено 14 января 2019 г. .
  67. ^ IBM Research представляет «VTFET»: революционно новую архитектуру чипа, которая в два раза производительнее finFET, декабрь 2021 г.
  68. ^ VIII.5. Шумы в транзисторах
  69. ^ Аллен Моттерсхед (2004). Электронные устройства и схемы сираджа . Нью-Дели: Prentice-Hall of India. ISBN 978-81-203-0124-5.
  70. ^ Bhalla, Anup (2021-09-17). "Истоки SiC FET и их эволюция в сторону идеального переключателя". Power Electronics News . Получено 2022-01-21 .
  71. ^ Медленные отказы внутренних диодов полевых транзисторов (FET): исследование случая.
  72. ^ Sporea, RA; Trainor, MJ; Young, ND; Silva, SRP (2014). "Источниково-затворные транзисторы для улучшения производительности на порядок величины в тонкопленочных цифровых схемах". Scientific Reports . 4 : 4295. Bibcode :2014NatSR...4E4295S. doi :10.1038/srep04295. PMC 3944386 . PMID  24599023. 

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Полевые транзисторы» .