Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Января 2016 в 18:59, курсовая работа
Актуальность темы. Полупроводниковые устройства, такие как диоды, транзисторы и интегральные схемы используются весьма широко в различных устройствах специальной и бытовой техники, таких, как плееры, телевизоры, автомобили, стиральные машины и компьютеры.
Полупроводниковые приборы прочно вошли в нашу жизнь, их характеристики продолжают совершенствоваться, а цена - снижаться. Особенно характерно это на примере компьютеров, когда сложность и характеристики современного компьютера значительно превышают возможности персональных компьютеров пятилетней давности.
Введение ………………………………………………………………………………. 3
Глава 1. Технология изготовления и принципы функционирования транзисторов. Полевые транзисторы . .……………………………………………………….……... 5
1.1. История возникновения полевых транзисторов ………………....……… 5
1.2. Классификация полевых транзисторов ………………………………..... 8
Заключение ……………………………………………………………….................. 19
Библиография …………………………………………………………………..….... 20
■ Транзисторы с индуцированным каналом.
■ Транзисторы со встроенным каналом.
В каждом из типов есть транзисторы с n -каналом и p-каналом.
Схематичное обозначение:
Рис.7. Схематическое изображение транзисторов с индуцированным и встроенным каналом.
Стокозатворная характеристика - зависимость тока стока (Ic) от напряжения на затворе (Uси) для транзисторов с каналом n-типа.
Рис.8. Стокозатворная характеристика.
Стоковая характеристика - зависимость Ic от Uси при постоянном напряжении на затворе Ic = f (Uси) при Uзи = Const.
Рис.9. Стоковая характеристика.
Основные параметры:
На затвор подаётся только запирающее напряжение, поэтому ток затвора - это обратный ток закрытого p-n перехода, его величина весьма мала. Входное сопротивление, как уже упоминалось выше, Rвх может достигать нескольких ГОм. МДП-транзисторы с индуцированным каналом
Рис. 8. Устройство полевого транзистора с индуцированным каналом.
з = 0; Ic1 = 0; Uз< 0; Ic2 = 0; Uз> 0; Ic3 > 0.
При Uз менее или равном 0, канал отсутствует, и ток стока равен нулю. При положительных напряжениях на затворе электроны, являясь неосновными носителями, подложки p-типа, уйдут на затвор, а дырки - вглубь подложки. Таким образом, образуется индуцированный канал, и в цепи стока потечёт ток.
Физическое устройство МДП-транзистора со встроенным каналом отличается наличием между стоком и истоком проводящего канала. Основой такого транзистора является кристалл кремния p- или n-типа проводимости.
Рис. 9. Устройство полевого транзистора со встроенным каналом.
Для транзистора с n-типом проводимости:зи = 0; Ic1; Uзи> 0; Ic2 > Ic1; Uзи< 0; Ic3 < Ic1; Uзи<< 0; Ic4 = 0.
При приложении электрического поля между стоком и истоком через канал будут протекать основные носители зарядов - ток стока. При подаче на затвор положительного напряжения электроны как неосновные носители подложки будут инжектироваться в канал. Поэтому, МОП - транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения зарядов.
Кроме упомянутых выше полевых транзисторов применяется ряд МОП-структур со специфичными свойствами. Они служат составной частью микросхем. На рис. 10 приведено устройство структуры типа металл - нитрид - оксид - полупроводник (МНОП). Диэлектрик под затвором выполнен двухслойным. Он состоит из тонкого слоя оксида SiO2 и толстого слоя нитрида Si3N4 (80 -100 нм) (рисунок 5.11, а-в). На границе этих двух слоев, а также в слое нитрида имеются «ловушки» электронов.
Рис. 10 − МНОП-структура в режимах записи (а) и стирания информации (б); вольтамперные стокозатворные характеристики при наличии (4) и отсутствии (5) записанного заряда (в);1 - Al; 2 - Si3N4; 3 - SiO2.
Поэтому при подаче на затвор МНОП-структуры положительного напряжения (28-30В) электроны из подложки туннелируют через тонкий слой SiO2 и захватываются «ловушками». Появляются неподвижные отрицательно заряженные ионы. Созданный ими заряд повышает пороговое напряжение, причем этот заряд может храниться в течение нескольких лет при отключении всех напряжений питания. На основе таких МНОП-структур выполняются запоминающие элементы.
Рис. 11 − МОП-структуры с плавающим затвором в режиме записи (а), в режиме стирания (б): 1 - плавающий затвор из поликристаллического кремния; 2 - диэлектрик SiO2
МОП-структуры с плавающим затвором и лавинной инжекцией (Рис.11) имеют затвор, который выполнен из кристаллического кремния и не имеет электрических связей с другими частями структуры. Величину заряда выбирают такой, чтобы он обеспечил появление электропроводного канала, соединяющего сток и исток. Для того чтобы транзистор стал неэлектропроводящим, необходимо убрать электрический заряд с «плавающего» затвора. Для этой цели область затвора подвергают воздействию ультрафиолетовым излучением.
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 стоковым 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.
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. 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. 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. Полевые транзисторы применяют в схемах усилителей, генераторов, переключателей.
Вся современная цифровая техника
построена, в основном, на полевых МОП
(металл-оксид-полупроводник) -
Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарные части для построения микросхем логики, памяти, процессора и др.
Светоизлучающий органический
полевой транзистор. Изобретение относится
к области оптики, в частности к электролюминесцирующимнаностру
Вывод: за счет того, что полевые транзисторы управляются полем, а не током, они потребляют значительно меньше энергии, что особенно актуально в схемах ждущих и следящих устройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения.
Заключение
В результате изучения полевых транзисторов в прикладной электроники, можно сделать вывод, что 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 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.
Библиография
Информация о работе Полевые транзисторы. Их применение в цифровой технике