Полевой транзистор принцип действия: Unsupported database type

Полевой транзистор. Принцип работы и примеры использования.

Давненько не было на сайте статей по электронике и схемотехнике, поэтому сегодня положим начало циклу статей, посвященному устройству и работе полевого транзистора в различных схемах. И целью этой, стартовой статьи является понять что это за транзисторы такие, зачем они нужны и как работают.

Как и биполярный, полевой транзистор имеет три вывода, соответственно, три электрода. И проводимость между двумя из этих электродов зависит от того, какое напряжение приложено к третьему. В этом, по большому счету, и заключается суть работы полевиков 🙂

Полевые транзисторы, опять же как и их биполярные коллеги, бывают разных полярностей — n-типа и p-типа, а точнее n-канальные и p-канальные. Более того, есть еще и другие типы ПТ, но о подробной классификации мы поговорим позднее.

Давайте пока ограничимся рассмотрением, например, n-канального полевика, и для начала посмотрим на его обозначение на принципиальных схемах.

Схема полевого транзистора.

Слева изображен n-канальный полевой транзистор и его электроды, а справа, соответственно, его биполярный n-p-n «аналог». Казалось бы, устройства практически полностью идентичны друг другу — в чем же разница? А вот в чем…

Само название ПТ нам говорит о том, что его работой управляет электрическое поле, которое создается приложенным к затвору напряжением (как вы помните, в БТ выходной ток управлялся током базы). В случае же ПТ через затвор и вовсе не течет никакой ток и в этом то, пожалуй, и заключается главная особенность этого устройства. Давайте разберемся чуть подробнее. Ток затвора отсутствует, следовательно, полное входное сопротивление транзистора невероятно велико (действительно, R = \frac{U}{I}, а I, то есть ток, у нас стремится к нулю). И это свойство полевика имеет огромное значение.

Из всего этого следует, что полевой транзистор нельзя рассматривать как устройство, усиливающее ток, поскольку на входе тока, как мы выяснили, нет совсем. Давайте рассмотрим, как же он все-таки работает.

Итак, напоминаю, что мы остановили свой выбор на рассмотрении n-канального полевого транзистора. Когда это устройство работает в нормальном режиме

сток имеет положительный потенциал относительно истока (для p-канального, естественно, все наоборот). Ток же от стока и истоку не будет протекать до тех пор, пока к затвору не будет приложено положительное относительно истока напряжение. То есть как только мы подаем на затвор напряжение, превышающее потенциал истока, от стока к истоку начинает протекать ток. Меняя напряжение U_{зи}(напряжение затвор-исток) мы можем управлять величиной этого тока.

Давайте для лучшего понимания посмотрим на выходные характеристики (зависимость тока стока от напряжения сток-исток):

Видим, что при напряжениях сток-исток выше 1-2 В, ток стока остается практически неизменным. Эта область характеристик ПТ называется областью насыщения. С большой точностью полевой транзистор позволяет получить неизменный ток стока при постоянном значении напряжения затвор-исток.

Как видим из графика — чем больше значение U_{зи}, тем больше становится величина тока стока. Кроме того, можно сказать, что ток стока прямо пропорционален квадрату разности напряжений (U_{зи}-U_{п}). Здесь U_{п} — это пороговое напряжение. Что это такое? А это такое напряжение затвора, при котором начинает протекать ток стока. Для данного графика пороговое значение напряжение затвор-исток составляет примерно 1.6 В.

Ключ на полевом транзисторе.

Теперь давайте рассмотрим небольшой пример. Разберемся, как работает схема ключа на полевике:

Схема проста до безобразия, кроме самого ПТ в ней практически ничего нет 🙂

Резистор здесь условно изображает нагрузку, пусть она рассчитана на потребление тока 100 мА и напряжение 5В. При таком положении переключателя, как на рисунке, потенциал затвора равен потенциалу земли и равен потенциалу истока. А это значит, что полевик «выключен» и ток стока отсутствует.

Чтобы «включить» полевой транзистор необходимо, чтобы потенциал затвора превышал потенциал истока, что достигается переключением S1.

В этом случае от стока к истоку начинает протекать ток стока, а из-за того, что транзистор имеет сопротивление довольно-таки маленькое по сравнению с нагрузкой, то потенциал стока станет близок к потенциалу земли, а напряжение на нагрузке составит практически 5 вольт. Смотрите сами почему так получается. Сопротивление нагрузки и выходное сопротивление транзистора представляют из себя обычный делитель напряжения, тогда значение напряжения на нагрузке:

U_{H} = \frac{5R_н}{R_н + R_т}

А учитывая, что R_т у нас намного меньше, чем R_н, мы и получаем, что почти все 5 вольт окажутся на нагрузке.

Эта схема очень напоминает ключ на биполярном транзисторе (про него шла речь вот тут — ссылка). Но тут есть очень важный момент. Как вы помните, при проектировании ключа на БТ необходимо заботиться о том, чтобы обеспечить необходимый ток базы, но при этом исключить избыточные затраты энергии. Ключ на ПТ избавляет нас от этих проблем, поскольку через затвор не течет никакого тока.

И мы просто подаем на него полное входное напряжение и все 🙂

Думаю, на этом сегодня закончим, а в следующей статье подробно рассмотрим, какие бывают типы полевиков и чем они отличаются друг от друга.

Тема 9 Полевые транзисторы Цель рассмотреть принцип действия

Тема 9. Полевые транзисторы Цель: рассмотреть принцип действия полевого транзистора, его виды, характеристики, схемы.

Введение • • В отличие от биполярных транзисторов, ПТ имеют токопроводящий канал, управление которым осуществляется электрическим полем. При этом полностью открытый канал имеет сопротивление 20– 100 Ом, а полностью закрытый – более 10– 20 МОм. Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, через который протекает поток основных носителе зарядов, регулируемый поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным между затвором и стоком или между затвором и истоком. • исток (source) — электрод, из которого в канал входят основные носители заряда; • сток ( drain) — электрод, через который из канала уходят основные носители заряда; • затвор ( gate) — электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала.

Виды полевых транзисторов

Достоинства и недостатки • Достоинства ПТ: — высокое входное сопротивление; — отличные ключевые свойства; — низкий уровень собственных шумов. — Низкий уровень потребления энергии как в статике так и в динамике • Недостатки ПТ: — чувствительность к статическому электричеству; — разброс параметров в десятки раз больше, чем у биполярных транзисторов.

Транзисторы с управляющим p-n переходом стекло Основные носители электроны

Транзисторы с управляющим p-n переходом N типа Обозначение P типа характеристика — ток стока от напряжения затвор- исток

Стоковая характеристика полевого транзистора p типа Стоковая характеристика полевого транзистора с управляемым p-n переходом Ток насыщения Транзистору с управляющим p-n-переходом присущ недостаток: существует обратная проводимость p-n-перехода, создающая ток через затвор при достижении напряжения отсечки. ЗАПРЕЩАЕТСЯ СМЕЩЕНИЕ ЗАТВОРА В ПРЯМОМ НАПРАВЛЕНИИ ОТНОСИТЕЛЬНО КАНАЛА

МОП транзисторы с изолированным затвором или МДП транзисторы • Это полевой транзистор, затвор которого отделён в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. (МДП метал – диэлектрик — полупроводник) МОП транзистор с изолированным затвором с индуцированным каналом МДП — транзистор со встроенным каналом отличается от МДП — транзистора с индуцированным каналом лишь тем, что зоны истока и стока соединены токопроводящим каналом, содержащим некоторое количество основных носителей, соответствующих этим зонам. Применяют термин обогащение носителями МОП транзистор с изолированным затвором со встроенным каналом

МДП транзистор с индуцированным каналом

МДП транзистор с индуцированным каналом

МДП транзистор со встроенным каналом • В связи с наличием встроенного канала в МДП — транзисторе при нулевом напряжении на затворе поперечное сечение и проводимость канала будут изменяться при изменении напряжения на затворе как отрицательной, так и положительной полярности. Таким образом, МДП -транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: в режиме обогащения и в режиме обеднения канала носителями заряда.

Характеристики МДП транзистора со встроенным каналом Выходная характеристика Стоковая характеристика Режим обогащения Режим обеднения МДП транзистор со встроенным каналом может работать при двухполярном Напряжении управления затвор исток.

Достоинства и недостатки МДП транзисторов • Основным достоинством МОП — транзисторов является их высокое входное сопротивление (ток через изолированный затвор практически не течет). • Общим недостатком МОП — транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству (выходят из строя при напряжении UЗИ > 20 В). • Недостаток МОП — транзисторов с индуцированным каналом заключается в необходимости работы с напряжением одной определенной полярности.

Карта входных и выходных напряжений Карта демонстрирует какое напряжение надо подать на вход и что получите на выходе у определенного класса полевых и биполярных транзисторов.

Карта входных и выходных напряжений • ВЫВОД 1. При заземленном истоке ПТ включается путем смещения напряжения затвора в сторону напряжения питания стока.

Карта входных и выходных напряжений • ВЫВОД 2. В связи с примерной симметрией истока и стока любой из этих выводов может работать как исток (исключение составляют мощные МОП — транзисторы, у которых подложка внутри корпуса соединена с истоком).

Стоковые характеристики транзисторов различных типов и полярностей Обогащенный p канальный Обогащенный n канальный N канальный ПТ P канальный ПТ Пороговое напряжение Напряжение отсечки

Выходные характеристики ПТ Для n – канального МОП транзистора При заданном значении Uзи ток стока не меняется. Транзистор работает как источник тока

Типовые схемы включения ПТ Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом с общим истоком. Чаще всего применяется Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом с общим стоком Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом с общим затвором

Применение ПТ • • • Аналоговые ключи. Цифровая логика. Переменные резисторы. Заменители биполярных транзисторов. Источники тока.

Источники тока на ПТ p-n переходом Рабочее напряжение затвора З

Аналоговый ключ на ПТ 1. Входной сигнал может быть разной полярности. 2. Сигнал может распространяться в двух направлениях. N канальный МДП транзистор Схема будет работать, если входной сигнал будет меньше Uзи. Высокое входное сопротивление 10000 МОм, малые токи утечки при выключенном состоянии, при включенном состоянии сопротивление до 100 Ом

Комплементарные пары на ПТ • КМОП, КМДП, CMOS – это технологии построения электронных схем на ПТ разных типов проводимостей. 1

Аналоговый ключ на КМОП транзисторах • Схема позволяет изменить направление передачи сигнала

Недостатки ключей на ПТ • Низкое быстродействие при низком уровне питания. • Высокое сопротивление во включенном состоянии при низком уровне питания. • Динамические помехи.

Недостатки ключей на ПТ • Низкое быстродействие при низком уровне питания. Ключ на ПТ в открытом состоянии можно представить как фильтр нижних Частот, который при конкретных параметрах R и C, будут ограничивать частоту пропускаемого сигнала

Недостатки ключей на ПТ • Высокое сопротивление во включенном состоянии при низком уровне питания.

Полевой транзистор — Физическая энциклопедия

ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР — транзистор ,в к-ром управление протекающим через него током осуществляется электрич. полем, перпендикулярным направлению тока. Принцип работы П. т., сформулированный в 1920-х гг., поясняется на рис. 1. Тонкая пластинка полупроводника (канал) снабжена двумя омич. электродами (истоком и стоком). Между истоком и стоком расположен третий электрод — затвор. Напряжение, приложенное между затвором и любым из двух др. электродов (истоком или стоком), приводит к появлению в подзатворной области канала электрпч. поля. Влияние этого поля приводит к изменению кол-ва носителей заряда в канале вблизи затвора и, как следствие, изменяет сопротивление канала.

Изготовляются П. т. гл. обр. из Si и GaAs; исследуются также П. т. на основе тройных твёрдых растворов а также гетероструктур

и др.

Если канал П. т.- полупроводник n-тнпа, то ток в нём переносится электронами, входящими в канал через исток, к к-рому в этом случае прикладывается отри-цат. потенциал, н выходящими из канала через сток.

Если канал П.т.- полупроводник р-типа, то к истоку прикладывается положит, потенциал, а к стоку — отрицательный. При любом типе проводимости канала ток всегда переносится носителями заряда только одного знака: либо электронами, либо дырками, поэтому П. т. наз. иногда униполярными транзисторами.

Различают 2 осн. типа П. т. К первому типу относят П. т., в к-рых затвором служит r — re-переход (П. т. с управляющим r — h-переходом) или барьер металл — полупроводник (Шоттки барьер). Ко второму типу относят П. т., в к-рых металлич. электрод затвора отделён от канала тонким слоем диэлектрика, — П. т. с изолированным затвором.

Идея, лежащая в основе работы П. т. с затвором в виде p — n-перехода, высказана в нач. 50-х гг. У. Шок-ли (W. Shockley, США). Она поясняется на рис. 2. Под металлич. электродом затвора П. т. сформирован р-слой, так что между затвором и любым из двух др, электродов П. т. существует p — n-переход. Толщина канала d, по к-рому ток может протекать между истоком и стоком, зависит от напряжения, приложенного к затвору. Между истоком и затвором прикладывается напряжениесмещающее p — n-переход в запорном направлении (в П. т. с каналом h-типа это условие соответствует «минусу» на затворе). Тогда под затвором возникает обеднённый слой (см. p — n-переход ),имеющий очень высокое сопротивление. Чем больше напряжение тем больше толщина обеднённого слоя. В пределах обеднённого слоя ток практически течь не может. Поэтому увеличениесоответствует сужению канала, по к-рому протекает ток между истоком и стоком. Меняя напряжение на затворе, можно управлять током в канале. Чем большетем толще обеднённый слой и тоньше канал и, следовательно, тем больше его сопротивление и тем меньше ток в канале. При достаточно большой величинеобеднённый слой под затвором может полностью перекрыть канал, и ток в канале обратится в нуль. Соответствующее напряжение наз. напряжением отсечки. Ширина области объёмного заряда обратносмещён-ного p — n-перехода где е — заряд электрона,- концентрация доноров в материале канала, e — диэлектрич. проницаемость материала,диэлектрич. постоянная, контактная разность потенциалов в p — n—

переходе. Очевидно, толщина канала где h — геом. толщина канала (рис. 2). Напряжение отсечки находится из условия

Принцип работы П. т. с затвором в виде барьера Шоттки (ПТШ) аналогичен. Разница лишь в том, что обеднённый слой в канале под затвором создаётся приложением запорного напряжения к контакту металл — полупроводник.

ПТШ и П. т. с управляющимпереходом, как правило, являются П. т. снормально открытым каналом. Так принято наз. П. т., в к-рых при отсутствии напряжения на затвореканал открыт и между истоком и стоком возможно протекание тока. В цифровых устройствах для снижения потребляемой мощности применяют также нормально закрытые П. т. В этих приборах толщина канала h настолько мала, что канал под действием кон-тактной разности потенциаловпри нулевом напряжении на затворе полностью обеднён носителями заряда, т. е. канал практически закрыт. Рабочей областью входных сигналов таких П. т. являются отпирающие значения

В П. т. с изолиров. затвором между каналом П. т. и металлич. электродом затвора размещается тонкий слой диэлектрика (рис. 3, 4). Поэтому такие П. т. наз. МДП-транзисторами (металл — диэлектрик — полупроводник; см. МДП-структура ).Часто в МДП-тран-зисторе слоем диэлектрика служит окисел на поверхности полупроводника. В этом случае П. т. наз. МОП-транзисторами (металл — окисел — полупроводник). Первые МДП-транзисторы появились в сер. 50-х гг.

МДП-транзисторы могут быть как с нормально открытым, так и с нормально закрытым каналами. МДП-транзистор с нормально открытым, встроенным каналом показан на рис. 3 на примере МДП-транзистора с каналом re-типа. Транзистор выполнен на подложке р-типа. Сверху подложки методами диффузии, ионной имплантации или эпитаксии формируются проводящий канал re-типа и две глубокиеобласти для создания омич. контактов в области истока и стока. Область затвора представляет собой конденсатор, в к-ром одной обкладкой служит металлич. электрод затвора, а другой — канал П. т. Если между затвором и каналом приложить напряжение, то в зависимости от его знака канал будет обогащаться или обедняться подвижными носителями заряда. Соответственно, сопротивление канала будет уменьшаться или возрастать. В показанной на рис. 3 МДП-структуре с каналом n-типа напряжение, «плюс» к-рого приложен к затвору, а «минус» — к каналу (истоку или стоку), вызывает обогащение электронами приповерхностного слоя полупроводника под затвором. Обратная полярность напряжения на затворе вызывает обеднение канала электронами аналогично П. т. с управляющимпереходом.

Для работы МДП-транзистора принципиально важно, чтобы поверхность раздела диэлектрик — полупроводник под затвором имела низкую плотность электронных поверхностных состояний. В противном случае изменение напряжения на затворе может приводить не к изменению концентрации носителей в канале, а лишь к перезарядке поверхностных состояний.

МДП-транзистор с индуциров. каналом показан на рис. 4. Из сравнения рис. 3 и 4 видно, что этот транзистор отличается от МДП-транзистора со встроенным каналом отсутствием n-слоя под затвором. Если напряжение на затворе отсутствуетто в МДП-тран-зисторе, показанном на рис. 4, отсутствует и канал (транзистор с нормально закрытым каналом), а сам транзистор представляет собой два последовательно включённыхперехода. При любой полярности напряжения между истоком и стоком один из этих переходов оказывается включённым в обратном направлении и ток в цепи исток — сток практически равен нулю.

Если приложить к затвору напряжениев такой полярности, как показано на рис. 4, то поле под затвором будет оттеснять дырки и притягивать в под-затворную область электроны. При достаточно большом напряженииназываемом напряжением отпирания, под затвором происходит инверсия типа проводимости: вблизи затвора образуется тонкий слой n-типа. Между истоком и стоком возникает проводящий канал. При дальнейшем увеличениивозрастает концентрация электронов в канале и сопротивление его уменьшается.

Осн. параметры П. т. Для П. т. характерно очень высокое входное сопротивление по пост, току

Действительно, входной сигнал в П. т. подаётся на затвор, сопротивление к-рого в П. т. с управляющим переходом и ПТШ определяется сопротивлением обратно смещённого перехода или сопротивлением барьера Шоттки, а в МДП-транзисторе — сопротивлением слоя диэлектрика. Величинав П. т. обычно превосходит 10⁶ Ом, в нек-рых конструкциях достигает 10¹⁴ Ом. Входное сопротивление по перем. току практически определяется ёмкостью затвора В сверхвысокочастотных П. т. величина пФ, в мощных низкочастотных П. т. величинапФ.

Усилит, свойства П. т. характеризуются крутизной вольт-амперной характеристики 5, определяемой как отношение изменения тока между истоком и стоком (тока стока)к изменению напряжения на затворе при пост, напряжении на стоке:

При неизменной структуре прибора крутизна растёт прямо пропорционально ширине затвора В (рис. 5). Поэтому при сравнении усилит, свойств разл. типов П. т. используется понятие уд. крутизны(отношения крутизны к ширине затвора В). Крутизна П. т. измеряется в сименсах, уд. крутизна — в сименсах/мм. В серийных П. т.См/мм. В лаб. разработках достигнуты значенияпри 300 К и при 77 К.

П. т. относятся к малошумящим приборам. Типичное значение коэф. шума (см. Шумовая температура)серийных П. т. дБ. Предельные ВЧ-свойства П. т. определяются временем пролёта носителей под затвором t_пр вдоль канала. Макс, рабочая частота П. т. может быть оценена, как где L — длина затвора (рис. 5). Величина L в серийных П. т. составляет 0,5-10 мкм. В лаб. условиях широко исследуются приборы смкм. Величина u_макс в кремниевых приборах не превосходит дрейфовой скорости насыщениясм/с (см. Лавинно-пролётный диод ).В П. т. на основе соединенийпри мкм важную роль играют т. н. баллис-тич. эффекты (движение носителей заряда без столкновений на длине канала), за счёт к-рых величина возрастает доПредельная частота генерации П. т. превосходит 200 ГГц. Предельно малое время переключения

Осн. разновидности П. т. По областям применения все П. т. можно условно разбить на 4 осн. группы: П. т. для цифровых устройств и интегральных схем (ЦУ и ИС), П. т. общего применения, сверхвысокочастотные П. т. и мощные П. т.

П. т., предназначенные для работы в ЦУ и ИС, должны обладать малыми габаритами, высокой скоростью переключения и мин. энергией переключения. Серийные П. т. для ЦУ и ИС в наст, время изготовляются в осн. из Si и характеризуются следующими параметрами: длина затворамкм, время переключениянс, энергия переключенияпДж. Лучшие результаты получены с использованием П. т. на основе гетерострук-тур с селективным легированием (ГСЛ) [3, 4]. В ГСЛ-транзисторах, называемых также транзисторами с высокой подвижностью электронов (ВПЭТ), используются свойства двумерного электронного газа, образующегося в нек-рых гетероструктурах на границе узкозонного и широкозонного слоев гетеропары. С использованием гетеропары получены ГСЛ-транзисторы с временем переключения 5 пс и энергией переключенияДж. Исследуются также ГСЛ-транзисторы с использованием др. гетеропар на основе соединений

Осн. требование к сверхвысокочастотным П. т. состоит в достижении макс, мощности или коэф. усиления на предельно высокой частоте. Продвижение в область высоких частот требует уменьшения длины затвора и макс, использования баллистич. эффектов для достижения высокой скорости носителей. Для изготовления сверхвысокочастотных П. т. в наст, время используется в осн. в к-ром баллистич. превышение скорости над максимально возможным равновесным значением выражено значительно сильнее, чем вСерийные СВЧ П. т. работают на частотах доЛаб. разработки проводятся на частотах 90-110 ГГц. Предельная частота генерации (230 ГГц) получена в ГСЛ-транзисторах на основеизготовленных с помощью молекулярно-пучковой эпитаксии.

Мощные П. т. работают при напряжении в цепи каналаВ и коммутируемом токеТ. к. мощность на единицу рабочей площади структуры принципиально ограничена необходимостью отводить тепло, мощные П. т. имеют большую общую длину электродов. Часто используется встречно-штыревая система электродов [2]. Мощные П. т. изготовляются на основе и Характерные рабочие частоты мощных П. т. достигают величин МГц.

Новые разновидности П. т. Транзисторы с проницаемой базой (ТПБ) предложены в 1979 и, по оценкам, способны, в принципе, повысить рабочую частоту П. т. до 10¹² Гц (1 ТГц). Носители заряда в канале ТПБ движутся не вдоль поверхности полупроводниковой плёнки, а перпендикулярно ей. Длина канала, и следовательно время пролёта носителей, в ТПБ могут быть значительно уменьшены в сравнении с планар-ным П. т. При планарной конструкции мин. размер затвора L определяется возможностями рентг. или электронно-лучевой микролитографии: мкм

(1000). Предельно малая величина L в ТПБ определяется толщиной плёнки, к-рая может быть получена в совр. установке молекулярно-пучковой эпитаксии, и составляет неск. атомных слоев.

Электроны в ТПБ (рис. 6) движутся от истока к стоку в направлении, перпендикулярном поверхности плёнки. Затвором служит металлич. сетка, «погружённая» в толщу полупроводниковой структуры ТПБ. По принципу действия ТПБ аналогичен ПТШ. Между металлич. сеткой и полупроводником возникает барьер Шоттки. Толщина обеднённой области вблизи проводников сетки определяется напряжением на затворе. Если толщина обеднённой области меньше расстояния между проводниками сетки, канал открыт и электроны свободно движутся к стоку. При достаточно большом напряжении обеднённые области перекрываются — канал закрыт. Осн. проблема создания ТПБ состоит в получении качеств, границы раздела металл — полупроводник. ТПБ имеет большое сходство с электронной лампой, в к-рой управляющим электродом является металлич. сетка.

Др. разновидностью П. т., в к-ром достигается уменьшение длины канала, является П. т. с канавкой (рис. 7), к-рый по принципу действия представляет собой МДП-тран-зистор с индуциров. каналом. Однако длина канала в такой структуре определяется не размером канавки в её верх, части(рис. 7), а толщинойслоя и углом между склонами канавки и слоями П. т. Длина затвора в такой конструкции может быть в неск. раз меньшей, чем в планарном П. т. Изготовление П. т. с V-канавкой основано на анизотропии травления Si и GaAs при определ. ориентации поверхности полупроводниковой структуры.

Нек-рые др. типы быстродействующих транзисторов рассмотрены в [3, 4].

Лит.: Кроуфорд Р., Схемные применения МОП-транзисторов, пер. с англ., М., 1970; З и С., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., кн. 1-2, М., 1984; Пожела Ю., Юценев., Физика сверхбыстродействующих транзисторов, Вильнюс, 1985; Шур М., Современные приборы на основе арсенида галлия, пер. с англ., М., 1991.

М. Е, Левинштейн, Г. С. Симин.

      Предметный указатель      >>   

Каковы структура и принцип работы полевого транзистора?

Структура полевого транзистора упрощенно представлена на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Структура полевого МОП транзистора:

_{1 — металлический контакт истока; 2 — металлический контакт стока; 3 — подложка с собственной проводимостью или р-типа; 4 — изолирующий слой окисла; 5 — канал с зарядом электронов}

На подложке из собственного или слабо легированного акцепторами полупроводника (p-типа) расположены полученные путем диффузии две области с высокой концентрацией электронов (n-типа), называемые истоком и стоком и соединенные с металлическими контактами. В центральной части над подложкой находится изолирующий слой окисла, а над ним — металлический слой треть его электрода, называемого затвором. В полупроводнике между истоком и стоком под затвором во время работы транзистора возникает канал, проводящий ток.

Действие подобного полупроводникового прибора заключается в следующем. При отсутствии напряжения на затворе подводимое между стоком и истоком напряжение создает пренебрежимо малое значение протекающего тока благодаря большому сопротивлению канала. При подведении к затвору положительного относительно истока и большего, чем напряжение сток-исток, напряжения в диэлектрике подложки возникает электрическое поле, вытягивающее электроны из участков металлизации истока и стока и направляющее их в канал в сторону стока. Электроны свободно движутся вдоль канала от истока к стоку, образуя ток стока, зависящий от напряженности электрического поля. Это и есть полевой эффект.

Рассматриваемый транзистор типа МОП имеет несколько эквивалентных названий, связанных со структурой и принципом работы, которые встречаются в литературе и каталогах: полевой транзистор, работающий на принципе обогащения носителей в канале, или транзистор с индуцированным или встроенным каналом, или транзистор типа «нормально выключенный».

Название «нормально выключенный» следует из того факта, что ток стока равен нулю при разомкнутом затворе (U_зи = 0) и возрастает при положительных напряжениях на затворе.

Существуют транзисторы типа МОП с несколько отличной структурой и другими эффектами, сопутствующими возникновению тока стока, называемые полевыми транзисторами с изолированным затвором, работающие на принципе обеднения носителей в канале, или транзисторы типа «нормально включенный». В зарубежной литературе они помимо обозначения MOS часто имеют обозначение MOST или IGFET. Название, связанное с обеднением, следует из того факта, что проводимость канала, не равная нулю для U_зи = 0, может быть уменьшена («обеднена»), когда (U_зи будет отрицательным. Положительные значения напряжения затвора увеличивают проводимость канала и ток стока.

Графически изображения обоих типов транзисторов представлены на рис.  4.18.

Рис. 4.18. Условные графические изображения полевых МОП транзисторов с изолированным затвором, обогащенного типа с р-каналом с подложкой, выведенной наружу, (а) и подложкой, не выведенной наружу, (б), с n-каналом (а) и обедненного типа с р-каналом (г)

Страница не найдена | Кафедра физики твердого тела ПетрГУ

http://secretary.rid.go.th/ http://rtlabs.nitk.ac.in/ http://www.ei.ksue.edu.ua/ http://www.unajma.edu.pe/ http://www.drbrambedkarcollege.ac.in/

Home Page – Revised

https://www.hsri.or.th/ https://www.agrft.uni-lj.si/ http://www4.fe.usp.br/ https://www.cnba.uba.ar/

Home

bak hocam 2yildir kullandigim siteye gelip kod ekliyorsun not yazip kodlarini siliyorum (insan olan utanir kusura bakma hocam diyip giderdi) kendine dusmanmi ariyorsun? belliki sen disli birine denk gelmemissin hayatin boyunca ama ben cok ugrastim cokta denk geldim bu sekilde tanimadigin birini tehtit etmen ya deli oldugunu gosterir yada tecrubesizligini sen bana isimi ogretecegine once baskalarina ait olan sitelere girmemeyi ogren ondan sonra bana isimi ogretirsin ben cok takintili bir adamim beni kotu bir insan olmaya zorlama rica ediyorum bak lutfen birbirimizi uzmeyelim emin ol bu site felan umrumdami saniyorsun? olay tamamen prensip meselesi sen benim yatakodama gelip beraber yatacagiz diyorsun oyle bir olay yok isine bak oldu 10 kisi daha cagir 500 kod eklesin herkes yorumbacklink isimi yapiyorsun? sacmalamissin daha fazla beni muatap etme kendinle yaptigin terbiyesizligin farkina var illa darbe yiyincemi aklin basina gelecek anlamiyorum ki o kadar yaziyorum ki birbirimize kotuluk yapmayalim kalp kirmayalim birbirimizi uzmeyelim sana daha once boyle notlar yazan bir linkci gordun mu Allah askina ben bazen goruyorum ana baci duymadigim kufurler yaziyor adamlar birbirine sen benim gibi bir insani uzuyorsun ama lutfen. . 8yildir ben kimseyle ortak site kullanmadim babam gelse onunlada kullanmam en hassas oldugum konudur bu bir daha kod eklememeni siddetle tavsiye ediyorum yoksa farkli seyler olur ve kendine nur topu gibi manyak bir dusman edinirsin bos yere bu polemigi uzatiyorsun haksiz olan sensin kod disinde birsey yazmak istersen yazabilirsin ama rica ediyorum isi inada bindirme senden ERDEMLİ DÜRÜST VE OLGUN bir davranis bekliyorum beni anladigini umuyorum ve tekrar inşAllah kod eklemeyecegini umuyorum olumlu olumsuz notunu buraya yazablirsin bende bir daha bu siteyi kullanmiyacagim sanada kullandirmam tabiki is site isi degil prensip isi.. ihtiyacin olabilir site sayin azdir bunlar dogal seyler ben gerekirse kendim eklerim senin kodlarini oyle bir durumda kendi kodlarimida silerim sadece senin olur ama o son not garip bir insan oldugunu dusunduruyor bana ve inan ugrasacak vaktim de kafamda yok kendine sardirma hepimiz ekmek davasindayiz senle isim yok benden sana kotulukte gelmez ama beni zorlama lutfen. . zaten kafamda bir dunya sorun var hayat acimasiz hayat zor benim derdim bana yetiyor butun ictenligim ve iyi niyetim ile sana bu notu yaziyorum bu kadar sozden sonra kod ekleyecegini sanmiyorum birde seninle ugrasmayayim guzel kardesim arkadasim lutfen rica ediyorum LUTFEN barış her zaman erdemli insanlarin isidir lutfen ayni olgunluk ile senden olumlu donusunu bekliyorum eger yazdiklarimda kalp kirici yada incitici birsey varsa lutfen kusura bakma 1-2defa kontrol ettim ama belki gozumden kacmis olabilir hakkini helal et ve en iyisi ikimiz icinde helallesip bu isi noktalamaktir inan kotu biri degilim selam ve sevgiyle..

Полевые транзисторы

— обзор

4.05.8.3 Практическое управление работой

Полевые транзисторы работают за счет электрода затвора, сдвигающего поверхностный потенциал на Si-канале за счет его запрещенной энергии от одного края полосы к другому, загнать его в инверсию. Экспериментально, когда затворы из поли-Si применялись к оксидам затвора HfO ₂ и подвергались стандартному технологическому процессу, Hobbs et al. (2004a) обнаружил, что работа выхода затвора не могла охватить запрещенную зону Si, но было обнаружено, что они сгруппированы вокруг энергии в верхней запрещенной зоне (, рис. 43, ).Этот эффект получил название пиннинга уровня Ферми.

Рис. 43. Схема сдвигов напряжения плоских полос в зависимости от толщины слоя HfO ₂ на SiO ₂ на Si для электродов затвора из поли-Si n-типа и p-типа, обнаруженная Hobbs et al. (2003).

Затем Самаведам и др. (2003) заметил, что аналогичный эффект пиннинга уровня Ферми имеет место и для металлических затворов на HfO ₂ . Металлические вентили были также испытаны на SiO ₂ , и было замечено сужение EWF к середине зазора из-за химической реакции (Yu and Kwong, 2004).

Yeo et al. (2002b) использовал модель MIGS для прогнозирования смещения полос оксидов с высоким содержанием K на Si. Однако побочным продуктом этой модели является то, что она предсказывает степень собственного закрепления уровня Ферми затворного металла из

(17) ϕn = S (ΦM − ΦS) + (ΦS − χs)

Используя формулу для S дает S ∼ 0,5 для HfO ₂ . Это означает, что если работа выхода в вакууме затвора сместится на 2 эВ, то его EWF сместится только на 1 эВ. Это было бы серьезной проблемой, так как для электродов затвора потребовалось бы использовать экстремальные металлы.

Первая обширная компиляция EWF, составленная Schaeffer et al. (2004) в Рисунок 44 ( a ) предполагает, что действительно существует проблема, поскольку они показали довольно низкое значение S .

Рис. 44. (a) Сравнение эффективных рабочих функций (EWF) металлов на HfO ₂ и SiO ₂ с индексом металла. (b) Данные представлены как EWF для HfO ₂ в сравнении с работой выхода на SiO ₂ . Наклон S получен из данных в узком диапазоне 4.1–5.1. (а) Из Schaeffer JK, Capasso C, Fonseca L, et al. (2004) Tech Digest IEDM, стр. 287.

На самом деле данные довольно сложные. Компиляция значений EWF была выполнена Yeo et al. (2002b) на основе данных CV и данных внутренней фотоэмиссии. Для ZrO ₂ данные о высоте барьера Афанасьева и др. (2007) дает наклон S ∼ 0,5, как видно на рис. 45 ( a ). (Здесь высоты барьера были преобразованы в EWF путем подбора значения CNL.) Для HfO ₂ объединение данных внутренней фотоэмиссии (Афанасьев и Стесманс, 2007) и данных CV дает наклон S ∼ 0,7 дюйма Рисунок 45 ( b ), а не 0,5, как было указано ранее. На рисунке 44 ( a ) показан исходный график Шеффера. Мы изменили график данных на рис. 44 ( b ), предполагая, что S = 1 для металлов на SiO ₂ , чтобы получить S ∼ 0,2–0,5, в зависимости от того, в какой диапазон подходят данные.С другой стороны, Koyama et al. (2004) обнаружил S ∼ 1 и открепляющий уровень Ферми для CV-измерений высоты металлического барьера на HfO ₂ . Обратите внимание, что металлические электроды в работах Афанасьева (2007) и Коямы и др. Образцы (2004) не подвергались отжигу, тогда как в случае Schaeffer стопки затворов подвергались полному технологическому процессу с отжигом до 1000 ° C. Таким образом, отжиг пакета перед измерениями является критическим фактором.

Рисунок 45.(а) Эффективные работы выхода металлов на ZrO ₂ , из данных внутренней фотоэмиссии (Афанасьев и др. , 2001), извлеченные Йео и др. (2002a). (b) Эффективные работы выхода металлов на HfO ₂ , исходя из данных внутренней фотоэмиссии, а также из данных емкости-напряжения (CV), цитируемых Yeo et al. (2002b). Не отожженный. (c) Эффективные работы выхода трех тугоплавких металлов на HfO ₂ по сравнению с SiO ₂ , методом высоты барьера, по Zafar (2005b).

Зафар и др. (2005b) измерил высоту барьера металлов методом проводимости. Они также обнаружили, что изменение высоты трех тугоплавких металлов (TaSiN, W и Re) на HfO ₂ и SiO ₂ было одинаковым в Рис. 45 ( c ), что соответствует наклону S = 1. Эти пленки прошли полную технологическую обработку.

Schaeffer et al. (2004b) затем показал, что EWF Pt очень зависит от содержания в ней кислорода и ее обработки в формовочном газе (восстановительный) или окислительных отжигах.Cartier et al. (2005) показал, что работа выхода Re-электрода в значительной степени зависит от его отжига в восстановительных или окислительных условиях при отжиге до 500 ° C, как показано на рис. 46, ( a ). Pantisano et al. (2006) обнаружил аналогичный эффект с электродами из Ru. Эти данные указывают на то, что сдвиги ВФ на металлах p-типа являются внешним эффектом.

Рис. 46. (a) Зависимость напряжения плоской полосы от температуры отжига для пакетов Re-HfO ₂ , циклически отожженных в кислороде и формовочном газе.(b) Эффективная работа выхода (EWF) металлов p-типа на HfO ₂ в сравнении с эквивалентной толщиной оксида (EOT), демонстрирующая эффект спада V _T при низких значениях EOT. (а) Из Картье (2005). (b) Из материала Lee et al. (2006).

Majhi et al. (2005) и Wen et al. (2008) затем провел подробное исследование электродов из более тугоплавких металлов (обычно TiSiN, TaSiN и т. Д.). EWF был извлечен с помощью более надежного метода экстраполяции с использованием террасированного оксида или образцов свадебного торта (Jha et al., 2004). Данные на рис. 47 ( a ) показали, что измеренный диапазон EWF металлов на HfO ₂ был меньше, чем на SiO ₂ , но не намного меньше, и, что более важно, они могли перекрывать запрещенную зону Si и инвертировать как NMOS, так и PMOS. Мы перенесли эти данные на Рисунок 47 ( b ). Принимая S = 1 для SiO ₂ , мы извлекаем значение S ∼0,82 для HfO ₂ . Затем это привело к эре поиска комбинаций металлов для использования в качестве металлических вентилей NMOS и PMOS, в идеале в некоторых комбинациях, которые можно было бы изготовить.

Рис. 47. (a) Эффективные работы выхода (EWF) тугоплавких металлов на HfO ₂ , HfSiO _x и SiO ₂ по данным Wen et al. (2008). (b) Данные представлены как EWF на HfO ₂ по сравнению с EWF на SiO ₂ . Это дает наклон S ∼ 0,82.

В то время закрепление уровня Ферми на поли-Si приписывалось образованию связей Hf – Si на границе раздела HfO ₂ –Si (Hobbs и др. , 2004a, 2004b; Xiong et al. ., 2005b) из-за условий восстановления при осаждении поли-Si, и эти связи скреплены E _F . Чау и др. (2005) утверждал, что металлические ворота будут откреплены. Однако сейчас этот аргумент прекращен.

Последовали промышленные решения проблемы. Было два подхода. Во-первых, Tseng et al. (2004) и Schaeffer et al. (2007a, 2007b) обнаружил, что достаточно тугоплавкие карбиды металлов, такие как TaC _x , имеют низкую и стабильную EWF на HfO ₂ ∼4. 2 эВ, что вполне подходит для nFET-транзисторов. Schaeffer et al. (2007b) обнаружил, что EWFs можно оценить по групповой электроотрицательности.

Вторым направлением было наблюдение, что металлы на сплаве LaHfO _x имеют гораздо меньшее пиннинг, чем на самом HfO ₂ (Rittersma et al. , 2006; Wang et al. , 2006a, 2006b ). Даже довольно низкое содержание 20% La было достаточно, чтобы открепить оксид (, фиг. 48, ). Iwai et al. (2002) отметил, что La ₂ O ₃ также имеет меньшее закрепление. Причина до конца не выяснена. Ранее Ragnarsson et al. (2003a) наблюдали, что оксиды La, Y имели большой отрицательный сдвиг напряжения плоской полосы, который они предположительно приписали захваченному заряду. Однако подробные графики Wang et al. (2006a, 2006b) обнаружил, что напряжение плоской зоны не зависит от толщины, что указывает на небольшой фиксированный заряд, но значительный дипольный сдвиг в сторону EWF.

Рисунок 48.Напряжение плоской полосы некоторых металлов на оксиде LaHfO _x в зависимости от содержания La и эквивалентной толщины оксида (EOT). Показывает малое значение плотности состояний интерфейса и значительное уменьшение пиннинга уровня Ферми.

Это привело к появлению двух промышленных решений: сначала ворота, а последние (, рис. 49, ). Процесс «сначала затвор» следует стандартной последовательности операций, но затвор из поли-Si заменяется металлическим затвором. Это осуществляется Альянсом IBM (Нараянан, и др. , 2006b).Технологически это сложнее, так как металл затвора должен выдерживать полную температуру процесса (1000 С). Это приводит к появлению кислородных вакансий, что особенно затрудняет управление пороговым напряжением затвора для pFET.

Рис. 49. Поперечное сечение стеков затворов в (а) последнем процессе затвора и (b) первом процессе затвора.

Процесс затвора последнего делает фиктивный поли-Si стандартным способом. Затем его удаляют, проводят отжиг после осаждения при 1000 ° C на оксиде затвора, а затем металл затвора помещают в пространство затвора (Mistry et al 2007, Packan et al, 2009).Затем он подвергается гораздо более низкотемпературному отжигу порядка 600 C. Этой последовательности придерживается Intel с 2008 года, а затем TSMC. В нем больше шагов процесса. Это оказывается более сложным и дорогостоящим. Однако, избегая высокотемпературного процесса для металлического затвора и оксида, на практике его легче реализовать, и это было выгодно.

Датчики | Бесплатный полнотекстовый | Ионно-чувствительный полевой транзистор для биологического зондирования

Одним из отличительных достоинств полупроводниковых биосенсоров, таких как ISFET, в отличие от оптических систем, является их пригодность для использования в миниатюрных измерительных системах, что позволяет легко интегрировать их в необходимую электронику [6 , 7].В этом отношении устройство ISFET небольшого размера и малого веса может быть подходящим для использования в портативной системе мониторинга, то есть в портативной системе мониторинга наркотиков. Когда дело доходит до чувствительности и специфичности биосенсора, как изготовление устройства в наномасштабе, так и устранение неспецифической молекулярной адсорбции будет способствовать улучшению предела обнаружения (LOD) и селективности биосенсора. исследования в области электронного анализа биомолекул путем мониторинга изменений плотности заряда с использованием ISFET [8–22].В настоящее время для измерений ISFET применяются различные виды материалов биораспознавания для биологического анализа, такие как ДНК, белки, ферменты и клетки, благодаря уникальным электрическим и биологическим свойствам, тем самым повышая чувствительность и специфичность обнаружения [4,23]. Среди множества типов биосенсоров одним из наиболее многообещающих подходов и в центре внимания исследователей являются биосенсоры на основе ISFET и их интеграция в биологические компоненты. В системе ISFET, основанной на различном биологическом содержании для биологического анализа, в большом количестве сообщений сообщалось о различных концепциях биосенсоров, таких как ферментные полевые транзисторы, иммуно-полевые транзисторы и ДНК-полевые транзисторы, которые содержат слои иммобилизованных ферментов, антител и цепей ДНК соответственно. документы [23–28].

3.1. Применение основанного на ДНК ISFET

Когда нити ДНК связываются с затворной поверхностью ISFET, происходят изменения поверхностного потенциала из-за отрицательного заряда ДНК, что обеспечивает отличную производительность в зондировании ДНК. Благодаря специальной обработке оксидного слоя полевого транзистора ДНК зонда может быть иммобилизована на поверхности оксида с контролируемой ориентацией. Что касается методов обнаружения ДНК, наиболее широко используемые методы зависят от ферментативных, флуоресцентных и радиохимических меток.Но все эти методы, хотя и демонстрируют высокую чувствительность и низкие пределы обнаружения, недостаточны для решения таких проблем, как время анализа, стоимость и сложность. Чтобы преодолеть эти недостатки, было предложено обнаружение ДНК без метки с использованием устройства FET с системой электрического считывания в реальном времени для быстрого, экономичного и простого анализа образцов ДНК [8]. В качестве примера этого, платформа обнаружения на основе аморфного кремния (a-Si: H) ISFET для безметочного обнаружения ковалентной иммобилизации ДНК и последующей гибридизации ее комплементарной ДНК была разработана Goncalves et al. [29]. В этом исследовании поведение связывания ДНК отслеживалось с помощью биосенсора ISFET, которое наблюдалось как изменение порогового напряжения (V _TH ). Посредством мониторинга электрического поля наблюдали чувствительный ответ ISFET a-Si: H на ДНК-мишень с различными уровнями гибридизации. Поскольку теоретическая основа для разъяснения электронных данных, полученных из измерений ISFET, не является сильной, за исключением нескольких параметров, таких как эффект заряда, эффект емкости и т. Д., Подробное исследование истинного поведения тонкопленочных биосенсоров на полевых транзисторах поможет разработать усовершенствованное устройство ISFET, подходящее для обнаружения реальных образцов.Обнаружение гибридизации двухцепочечной ДНК проводили с использованием монокристаллического алмаза, синтезированного с помощью плазменно-химического осаждения из паровой фазы (PECVD) Nebel et al. [30]. Чтобы иммобилизовать ДНК на чувствительном слое сконструированного ISFET, аминные линкерные молекулы были ковалентно связаны с обработанными водородом поверхностями алмаза фотохимическим методом. Во-первых, 3’-тиол-модифицированная однониточная ДНК была прикреплена к чувствительному к воротам слою алмаза, а затем покрытая оцДНК гейт была гибридизована с комплементарной ДНК.В исследовании с помощью устройства DNA-ISFET было определено, что сдвиг потенциала затвора составляет от 30 мВ до 100 мВ с уменьшенной поверхностной плотностью ДНК. В общем, изменение поверхностной проводимости можно объяснить с помощью модели легирования с переносом, в которой увеличение плотности дырок вызывает уменьшение значения pH в поверхностном проводящем слое алмаза. Эстрела и др. использовали МОП-конденсаторы, состоящие из Au / SiO ₂ / Si и Poly-Si TFT с золотым металлическим затвором в качестве биосенсора ISFET для электрического обнаружения гибридизации ДНК без меток [31].Когда ДНК зонда связывается с комплементарной ДНК, происходят изменения электрического потенциала в двойном электрическом слое, что приводит к сдвигу C – V (емкость – напряжение) или ВАХ (вольт-амперная характеристика). Их результаты показали, что дискриминация несовпадающих ДНК была обнаружена только у 3 несовпадающих ДНК, и не более. Авторы предположили, что, используя эту систему ISFET с соответствующими ДНК-зондами, потенциально возможно обнаруживать несоответствия по одной паре оснований, раскрывая возможность чувствительного обнаружения однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), одного из наиболее частых генетических изменений. в человеческой популяции [32].Поскольку обычно считается, что SNP связаны с реакцией на лекарство и исходом заболевания, одним из наиболее ценных применений SNP может быть биомедицинское применение, такое как диагностика заболеваний и терапия. В этом направлении Purushothaman et al. [33] предложили применение технологии ISFET для обнаружения SNP. В этом исследовании авторы разработали полезную процедуру для секвенирования одного основания посредством обнаружения несоответствия одного основания в ДНК. Что касается ДНК-биосенсоров, сообщалось о многих исследованиях ISFET в сочетании с электронными сенсорами на основе аптамеров (EBA) [34]. Аптамеры — это нуклеиновые кислоты (ДНК или РНК [рибонуклеиновая кислота)] или пептиды, которые избирательно связываются со своими специфическими молекулами-мишенями, такими как небольшие молекулы, нуклеиновые кислоты, белки и даже клетки [35–37]. Датчик аптамера на основе ISFET также использует технологию электрохимического обнаружения без меток, измеряя изменения электрохимических сигналов, генерируемых в результате взаимодействия между целевыми молекулами и аптамерами. В этом контексте Заяц и др. недавно сообщили о прямом мониторинге аденозина как молекулы-мишени [34].После связывания аденозина с родственным аптамером изменения электрического сигнала отслеживали с помощью ISFET. На рисунке 2 показана схематическая диаграмма сенсора аптамера на основе ISFET для аденозина. После первичной силанизации Al ₂ O ₃ gate 3-аминопропилтриэтоксисиланом поверхность была впоследствии модифицирована глутаровым диальдегидом. После ковалентной иммобилизации аптамера, функционализированного амином, на поверхности затвора, гибридизацию нуклеиновой кислоты с аптамером исследовали с помощью измерения ISFET. Следовательно, протестированный сенсор аптамера на основе ISFET показал предел обнаружения приблизительно 5 × 10 ^-5 М и показал высокую специфичность, поскольку модифицированный аптамером ISFET не отвечал на другие нуклеотиды, такие как цитидин. Сенсоры ДНК на основе ISFET, исследования подняли вопрос об ограничениях определения заряда при гибридизации ДНК на основе биосенсоров FET-типа. В частности, относительно толстый изолятор поверх оксида затвора может препятствовать эффективному обнаружению зарядов, поскольку толщина изолятора может отрицательно влиять на преобразование заряженной ДНК из электролита в чувствительный слой.Чтобы обойти это, Сонг и др. [38,39] предложили полевые транзисторы с затвором из раствора алмаза (SGFET), в которых поверхность не покрыта толстыми изолирующими слоями, а ДНК иммобилизована непосредственно на сайтах с концевыми аминогруппами, что является критическим фактором с точки зрения чувствительности по сравнению с существующие датчики ДНК ISFET. Алмазный поверхностный канал, прикрепленный ДНК, подвергался воздействию электролита, не имеющего изолятора затвора, что приводило к большому потенциальному окну для алмаза до> 3,0 В. Тестируемое устройство могло быстро обнаружить 3-членную несовпадающую ДНК и потенциально показало возможность для мониторинг одноосновной несовпадающей ДНК без ущерба для чувствительности.Кроме того, когда реакция гибридизации ДНК происходит на расстоянии, превышающем длину Дебая от чувствительного слоя, устройство FET не может обнаружить ДНК. Таким образом, измерение гибридизации ДНК должно соответствовать предварительному условию, когда электрическое поле, вызванное перераспределенными заряженными молекулами, существует в пределах длины Дебая данного раствора.

3.2. Области применения ISFET для электроиммунологического зондирования

pH-чувствительный ISFET является наиболее популярным устройством в качестве иммуносенсора с большим набором изоляторов (SiO ₂ , Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ и Ta ₂ O ₅ ) [40]. Что касается элементов био-распознавания, антитела являются наиболее часто используемыми захватывающими агентами, позволяющими идентифицировать и количественно определять отдельные аналиты из-за специфичности взаимодействия антиген-антитело. Иммуно-ISFET состоит из антитела, распознающего антиген, нанесенного на ворота, и может применяться для клинической диагностики, что вызывает все большее внимание [41]. Когда дело доходит до медицинского применения биосенсора иммунного ISFET, следует принимать во внимание концепцию, касающуюся «длительности дебаевского скрининга».Как хорошо охарактеризовано, электрическое поле исчезает за пределами «дебаевской длины экранирования», то есть расстояния, на котором движущиеся носители заряда экранируют внешнее электрическое поле. Следовательно, эта длина дебаевского скрининга стала одним из основных недостатков при измерении биомолекулярного распознавания с использованием биосенсора FET-типа. По этой причине для измерений на полевых транзисторах необходимо, чтобы биологическое зондирование происходило в пределах длины Дебая (λ _D ). Учитывая это, стоит отметить, что диагностический мониторинг может быть ограничен с помощью иммунного ISFET, поскольку события биомолекулярного взаимодействия в иммуно-ISFET обычно происходят за пределами примерно 10 нм от поверхности ворот из-за высоты антитела.Соответственно, с недостатком иммуно-ISFET в применении для медицинской диагностики, в литературе можно найти только несколько примеров иммуносенсоров на основе ISFET [42–45]. В качестве примера иммуно-ISFET Starodub et al. [43] разработали иммуносенсор на основе ISFET для определения симазина, гербицида s-триазинового типа. После их исследования для обнаружения симазина были использованы два типа методов: один — это конкурентный иммунный анализ, а другой — последовательное насыщение антител.После связывания антитела с симазином определяли каталитическую активность пероксидазы, конъюгированной с антителом, что проявлялось как признак изменения pH после обработки H ₂ O ₂ . Между тем, большое количество исследователей сообщили об оценке адсорбции белка на поверхности полевого транзистора и модуляции статического ответа ISFET [25,46], который зависит от дискретного заряда, который несут белки. Был доклад об альтернативном потенциометрическом методе обнаружения белка на воротах ISFET [47].Поверхность ISFET покрыта монослоем связанных лигандом аминных гранул (диаметром 0,9 мкм), которые обеспечивают специфические связывающие свойства. Этот подход предоставил общий метод покрытия ISFET твердой фазой для иммунохимической реакции. Обычно потенциометрические иммуносенсоры нуждаются в иммобилизации иммуноактивных биомолекул, таких как антитела. В качестве альтернативного метода модификации поверхности ISFET рассматривалось использование проводящих полимеров из-за их высокой химической стабильности, биосовместимости и легкости.Qu et al. показали простой и прямой процесс формирования композитной пленки проводящий полимер-наночастицы Au с электрохимическим ростом наночастиц Au в проводящем полимере, полипирроле (PPy) [48]. На основе этого метода был разработан микропотенциометрический иммуносенсор Hb / HbA1c типа ISFET и обнаружены гемоглобин (Hb) и гемоглобин-A1c (HbA1c) в цельной крови с значительно улучшенной чувствительностью и иммобилизацией антитела на золотом электроде и чувствительностью. . На рис. 3 представлена ​​схема иммобилизации электрода и антител на основе электрополимеризованного композита полипиррол – наночастицы золота.Принимая во внимание, что миниатюризация является общей тенденцией в разработке биосенсоров, предлагаемый миниатюрный электрод, изготовленный с помощью технологии MEMS, как полагают, соответствует этой тенденции. В будущем электродный чип может быть интегрирован с устройством ISFET, что указывает на его потенциал для разработки устройств типа система на кристалле (SoC). Совсем недавно о привлекательном подходе к изучению конформационно измененного белка сообщили Park et al. [49]. В этом исследовании был разработан новый тип датчика заряда ISFET для определения индуцированного мальтозой конформационного изменения мальтозо-связывающего белка (MBP).Как показано на рисунке 4, при обработке мальтозой поверхности ISFET, модифицированного MBP, произошел структурный переход MBP, что привело к значительному падению тока стока устройства ISFET. Авторы продемонстрировали, что датчик заряда ISFET может быть эффективно использован для оценки внутримолекулярных конформационных изменений в белках.

3.3. Применение ферментативного ISFET

В целом, ферментные полевые транзисторы основаны на принципе pH-чувствительных ISFET, в которых концентрация ионов водорода во время ферментативной реакции пропорциональна уровню субстрата.К настоящему времени разработан ряд ферментных полевых транзисторов для обнаружения множества аналитов, таких как глюкоза, пенициллин, мочевина, пестициды, фенольные соединения, стероидные гликоалкалоиды, креатинин и т. Д. [50–67]. В течение последних нескольких лет были предприняты серьезные усилия по улучшению ферментных полевых транзисторов с целью решения нескольких проблем, таких как стабильность, воспроизводимость и совместимость системы полевых транзисторов. Хотя возможность использования ISFET в качестве сенсоров ферментов была впервые предложена Janata и Moss в 1976 г. [23], о практическом применении ISFET в качестве чувствительного к пенициллину устройства было впервые сообщено в 1980 г. [4].Для обнаружения пенициллина они использовали концепцию ферментного биосенсора на основе ISFET, в котором используются два pH-чувствительных ISFET, один из которых имеет мембрану, содержащую сшитую альбумин-пенициллиназу, а другой — мембрану только из сшитого альбумина. мембрана. В своем исследовании авторы доказали, что испытанный ISFET на основе ферментов может быть подходящим для быстрого обнаружения небольшого количества аналита с высокой чувствительностью. Кроме того, поскольку он может обеспечить экономию времени анализа с помощью автоматизированной системы измерения пенициллина на основе ISFET, этот ферментный биосенсор на основе ISFET был предложен для анализа сложных образцов.Другой подход ISFET для мониторинга белков-мишеней — это использование протонов или гидроксильных ионов, образующихся во время гидролиза белка в ответ на трипсин. Например, Marrakchi et al. разработали биосенсор трипсина ISFET-типа для определения субстрата (BAEE, гидрохлорид этилового эфира α-бензоил-1-аргинина) [68], тем самым потенциально продемонстрировав возможность применения ISFET для мониторинга малых пентапептидов, состоящих из пяти аминокислот. Авторы предложили возможность использования разработанного биосенсора для контроля качества в косметической промышленности, поскольку тестируемый небольшой пептид в настоящее время используется в косметических препаратах в качестве пептидных ингредиентов. Наряду с этим можно также исследовать концентрацию белка в продукте переваривания белка с помощью pH-чувствительных электродов. В качестве дополнительного примера ISFET на основе ферментов был предложен электрохимический биферментный сенсор для количественного определения белка [69,70]. Соответствующие биосенсоры основаны на биферментной системе, содержащей два фермента, протеазу и оксидазу. Недавно Freeman et al. разработали химически модифицированный ISFET, изготовленный путем включения 3-аминофенилбороновой кислоты, для анализа поведения дофамина и тирозиназы (TR) [71].После образования боронатно-дофаминового комплекса на поверхности затвора четко наблюдались вариации электрического потенциала, а затем был определен предел обнаружения 7 × 10 ⁻⁵ M, что свидетельствует о хороших характеристиках этой системы для мониторинга дофамина. и TR. До сих пор использовались различные методы обнаружения для мониторинга активности TR, такие как использование металлических наночастиц [72,73], полупроводниковых квантовых точек [74] и функционализированных окислительно-восстановительных молекул [75] в качестве оптически или электрохимически активных меток. развитый.Метод, разработанный Freeman et al. продемонстрировал безмаркированную процедуру измерения активности TR со сравнимой чувствительностью с предыдущими методами [71]. Новый потенциометрический биосенсор, позволяющий количественный анализ протеиназ по их эстеразной активности, был создан Biloivan et al. [76]. Устройство было создано с использованием pH-FET и иммобилизованного комплекса α ₂ -макроглобулин-трипсин. Этот pH-чувствительный биосенсор ISFET показал линейную корреляцию с активностью эстеразы в диапазоне от 0.От 1 до 30 Ед / мл и показал хорошую стабильность и воспроизводимость. Авторы предположили, что та же процедура обнаружения трипсина с использованием pH-чувствительной системы FET может быть также применима для одновременного обнаружения других трипсиноподобных протеиназ. Что касается ISFET для мониторинга токсичности, были разработаны потенциометрические и кондуктометрические биосенсоры в сочетании с холинэстеразами для обнаружения токсичных веществ при контроле окружающей среды [77–81]. Эти биосенсоры, основанные на механизме ингибирования ферментов, оказались подходящими для системы раннего предупреждения для определения наличия опасных химикатов.Различные токсины, включая фосфорорганические пестициды и карбаматные пестициды, были проанализированы с помощью биосенсора на основе холинэстеразы. Кроме того, многие исследователи разработали биосенсоры некоторых материалов с фотополимерами и различными полимерами для ферментативных биосенсоров [57,82–85]. Недавно Ребриев и др. [59] описал ферментный биосенсор на основе ISFET для измерения мочевины, обычно называемый сенсором мочевины ISFET. В этой работе был принят простой и быстрый метод иммобилизации ферментов на поверхности затвора ISFET на основе LPhPC (жидкая фотополимеризуемая композиция), в которой полученный полимер мог формироваться под действием УФ.Разработанный датчик мочевины ISFET показал значительное улучшение чувствительности, предела обнаружения и времени отклика, так как линейный отклик находится в диапазоне 0,05–20 мМ, а время отклика 5–10 мин, что позволяет предположить, что разработанный сенсор мочевины ISFET имеет потенциал для клинического применения для анализа мочевины в образцах крови. Что касается иммобилизации мишени, с целью стабильной иммобилизации ферментов на поверхности ворот ISFETs, были разработаны различные методы, включая ковалентное присоединение или захват полимера [54,86].Например, Виджаялакшми и др. [87] разработали метод поддержания фермента-мишени в чувствительности ворот с использованием магнитных наночастиц, при котором липаза иммобилизовалась на магнитных наночастицах никельферрита, а затем полученные модифицированные ферментом наночастицы могли удерживаться на поверхности затвора, потому что магнит продолжал двигаться от нижняя часть затвора ISFET, как показано на рисунке 5. Преимущества предложенного метода лежат в основе (1) улучшенного массообмена, (2) возможности его применения в системе множественного обнаружения на основе устройства FET и (3) увеличенного количество связанного фермента на поверхности.В последнее время растет внимание к чувствительности к аденозинтрифосфату (АТФ), потому что АТФ является основным носителем энергии во всех живых организмах, и, следовательно, энергия не может производиться в организме без АТФ. Таким образом, функционализированный ферментом ISFET для восприятия АТФ был разработан Migita et al. [88]. Фермент, иммобилизованный на поверхности Ta ₂ O ₅ -модифицированного-ISFET, катализирует дефосфорилирование АТФ, за которым следует накопление протонов в воротах, поскольку ферментативная реакция производит H ⁺ в качестве побочного продукта.Авторы продемонстрировали, что реакция ISFET в значительной степени пропорциональна концентрации АТФ в данном растворе, предполагая, что этот датчик АТФ ISFET может быть достаточно эффективным, чтобы обеспечить настоящее гигиеническое измерение. Хотя энзимные датчики на основе ISFET обеспечивают отличную активность и надежность, они могут быть ограничены условиями буфера, такими как pH или буферная емкость, потому что ISFET используют теорию работы, которая измеряет изменения pH, вызванные катализируемой ферментом реакцией на поверхности затвора, на которую сильно влияют условия буфера [1,89] .Чтобы преодолеть эту проблему, Волотовский и др. Попытались использовать несколько подходов, таких как использование дополнительных заряженных полимерных мембран и буферных растворов с низкой емкостью. [90]. В качестве другого примера фермента FET Ishige et al. [91] разработали сенсор фермента на основе полевого транзистора с расширенным затвором, который позволяет измерять изменения окислительно-восстановительного потенциала, происходящие в результате реакции, катализируемой ферментами. Хотя на чувствительность энзимных сенсоров на основе ISFET сильно влияют буферные условия, на тестируемый сенсор не влияли изменение pH или буферная емкость.Судя по их результатам, вполне вероятно, что катализируемая ферментами реакция через химическую реакцию ответственна за потенциальные изменения, а не за изменение pH в разработанном датчике на полевых транзисторах с расширенным затвором. Совсем недавно, чтобы улучшить характеристики обычных ISFET, другой тип ISFET, так называемый региональный ISFET (RISFET), был предложен Risveden et al. [92]. Разработанный RISFET имеет необычную особенность, заключающуюся в том, что его характеристики зависят от напряженности электрического поля, создаваемого ионно-молекулярной реакцией, происходящей в уникальной области, прилегающей к чувствительным электродам. Авторы предположили, что устройство RISFET могло бы быть многообещающим нанобиосенсором, поскольку оно позволяет осуществлять диэлектрофорезный захват одного фермента, тем самым позволяя анализировать небольшие объемы жидкости, содержащей небольшое количество аналитов.

3.4. Применение ISFET для мониторинга ответов живых клеток

Биосенсоры на основе клеток, которые предоставляют разнообразную биологически активную информацию для аналитов, позволяют отслеживать цитотоксические эффекты в ответ на опасные вещества, а также физиологические реакции клеток на многочисленные стимулы.Таким образом, живые клетки используются в качестве их биологического содержимого, а активность живых клеток можно контролировать электрохимически в клеточной биосенсорной системе. Благодаря этим преимуществам сенсорные системы на основе клеток считаются многообещающей технологией для биомедицинских и фармакологических приложений [93]. В частности, все большее внимание уделяется интеграции живых клеток с кремниевыми полевыми транзисторами. Прежде всего, клеточные биосенсоры ISFET представляют большой интерес для будущих приложений в области нейронных сетей и путей передачи ионных каналов.Когда дело доходит до приложений ISFET на основе клеток, некоторые клеточные явления, такие как клеточное дыхание и подкисление, отслеживаются одновременно. Lehmann et al. сообщили о pH-зависимости изменений внеклеточного закисления и скорости дыхания в одной и той же культуральной жидкости [94]. Недавно Milgrewa et al. сообщил о производстве чипа матрицы датчиков на основе pH-чувствительного ISFET для прямого внеклеточного изображения [95], который состоит из массива ISFET размером 16 на 16 пикселей, которые имеют схемы считывания биопотенциалов для систем сбора сигналов.Как показано на рисунке 6, каждая матрица пикселей имеет структуру с плавающим затвором, которая пассивирована pH-чувствительной мембраной.

Каждый ISFET работает как датчик pH с линейным рабочим диапазоном 2,5 В, пороговым напряжением -1,5 В и чувствительностью 46 мВ / pH. Благодаря характеристикам датчика изображения топография чипа может быть проанализирована с помощью установленной линии клеток MDCK (Madin Darby Canine Kidney) путем измерения изменений pH.

Между тем, разработка платформы биосенсора на основе клеток с использованием массива полевых транзисторов была достигнута для записи внеклеточного сигнала, обычно используемого в фармакологических инструментах, неразрушающим образом [96].Кроме того, мониторинг изменений мембранного потенциала в зависимости от концентрации внеклеточных ионов в ответ на различные химические стимулы был разработан на основе клеточного биосенсора. Например, Wang et al. создали неинвазивную систему мониторинга для изучения модуляции ионных каналов, которая является наиболее оцениваемой потенциальной мишенью для терапевтов [97]. Они разработали матрицу датчиков ISFET для определения концентрации внеклеточных ионов, таких как Na ⁺ , K ⁺ и Ca ²⁺ , продемонстрировав, что их биосенсоры ISFET позволяют проводить неразрушающие испытания в реальном времени и в течение длительного времени. временной анализ связывания клеток.Для использования клеток в биосенсорном устройстве важно локализовать клетки в активной области сенсора, что может быть достигнуто с помощью диэлектрофореза (DEP). Как показано на рисунке 7, датчик состоит из интегрированных электродов DEP для позиционирования ячейки, ISFET и электрода сравнения [98]. Используя разработанное устройство ISFET со встроенными электродами DEP в качестве инструмента для определения положения бактерий, метаболизм бактерий также был обнаружен в течение нескольких часов путем мониторинга изменения pH после добавления глюкозы.При добавлении глюкозы бактериальными клетками происходило поглощение и потребление глюкозы. Когда подача кислорода была ограничена, бактериальные клетки метаболизировали глюкозу, тем самым снижая pH. Также Castellarnau et al. показали, что типичные характеристики остановки насоса и потока могут быть достигнуты при использовании одного ISFET с клетками (линия колоректальных клеток аденокарциномы LS 174T) и другого ISFET без клеток [99]. Ожидается, что их клеточная система ISFET будет практически использоваться для бактериологических применений, например, для мониторинга потребления сахара, метаболизируемого различными типами бактерий.Система сенсор / чип на основе кремния для биологических приложений стала хорошей альтернативой технологии обнаружения, которая основана на анализе параметров жизнеспособности клеток. Например, ISFET и плоские электроды были оптимизированы для исследования функций клеток in vitro или in vivo, таких как клеточный метаболизм [94,100–102], прикрепление и распространение эпителиальных клеток MDCK с использованием определения импеданса электрических клеток и субстратов (ECIS) [103] и клеточный ответ на различные токсические вещества [104–107]. Недавно Xiao и Luong разработали оперативную и непрерывную систему, основанную на ECIS, для мониторинга роста клеток и цитотоксических эффектов соединений металлов на фибробластные клетки V79 [105].Аналогичным образом Ceriotti et al. также создали систему онлайн-мониторинга для изучения клеточного метаболизма, адгезии и цитотоксичности в ответ на ионы металлов в иммортализованных фибробластах мыши (BALB / 3T3) с использованием многопараметрической системы на основе чипов [108], которая может оценивать скорость внеклеточного закисления (ECAR) с pH-чувствительными ISFET параллельно и без меток. В другом примере для ISFET на основе клеток оперативный мониторинг клеточных функций, таких как дыхание и подкисление, проводился с использованием единственного комплементарного CMOS ISFET [94].Такой тип КМОП ISFET на основе клеток был способен предоставить информацию о динамике отдельных клеток, например, о химической динамике клеточного метаболизма, такой как ингибирование старения, регуляция апоптоза и ингибирование гликолиза. Следовательно, клеточный биосенсор ISFET может предложить высокоточную систему для онлайн-мониторинга фармакодинамических эффектов клеточного поведения в ответ на различные химические стимулы.

Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Понимание полевого транзистора с обратной связью и его применения

4.1. Приложения логических устройств (инвертор на основе FBFET)

Конструкция инвертора, которая функционирует должным образом, требует эффективной работы подтягивающих и понижающих устройств. Поскольку устройство должно работать с прямым смещением, величина V _DS должна быть выше, чем встроенный потенциал FBFET [81]. Это можно оптимизировать с помощью различных комбинаций смещения, что требует значительных усилий. Тем не менее, преимущества инвертора с комбинированным FBFET заключаются в следующем: FBFET имеют функцию крутого переключения и высокое соотношение тока включения / выключения; кроме того, область насыщения четкая, особенно за пределами V _TH .Другими словами, количество тока, подаваемого в рабочую и нерабочую области, можно различить по напряжению затвора (V _g ), и, таким образом, потребление энергии во время работы и в выключенном состоянии может стать минимальным. Характеристика крутого переключения FBFET используется в цифровых интегральных схемах. Типичным примером является то, что переключение управляется полевым транзистором FBFET в инверторе. В традиционной схеме инвертора, когда входное напряжение продолжает увеличиваться, заряд, накопленный в конденсаторе схемы, имеет тенденцию к низкому уровню в течение длительного периода времени [81,82].Однако, если FBFET играет роль управления источником входного напряжения для работы инвертора, напряжение, хранящееся в конденсаторе, быстро изменяется на V _TH FBFET. Кроме того, начиная с V _TH , напряжение питания появляется как область насыщения, показывая стабильные состояния включения / выключения. Инвертор на основе FBFET показан на рисунке 8.

4.2. Ячейки памяти

Традиционная DRAM 1T-1C позволила уменьшить размеры устройства для повышения производительности и плотности ячеек.Обычная 6-транзисторная статическая память с произвольным доступом (6T-SRAM) демонстрирует высокую производительность при низкой плотности [83,84,85,86,87,88,89], в то время как DRAM демонстрирует относительно низкую производительность, но обеспечивает высокую плотность [90] . FBFET могут использоваться для DRAM и SRAM нового поколения, чтобы преодолеть технические ограничения каждого из них. Было проведено большое количество исследований, чтобы продемонстрировать конкурентные характеристики в области DRAM, и безконденсаторная DRAM (1T-DRAM), которая была впервые предложена двадцать лет назад, привлекла большое внимание [33].1T-DRAM использует побочные эффекты, такие как гистерезис, которые некоторые исследования считают вредными и пытались устранить. Когда паразитные носители, которые обычно вызывают гистерезис, накапливаются в теле и увеличивают потенциал, пороговое напряжение снижается и может быть достигнут высокий ток — это определяется как состояние «1». Состояние «0» означает более низкий ток, достигаемый за счет удаления носителей из корпуса [34,35,36,43,44,45,46,47,48,88]. 1T-DRAM остается в своем текущем состоянии. как потенциальный кандидат следующего поколения.Хотя 1T-DRAM имеет большие структурные преимущества, необходимо продемонстрировать ее способность к коммерциализации, чтобы заменить обычную DRAM. К сожалению, для различных предлагаемых моделей проявились фатальные недостатки, такие как низкая надежность, высокое энергопотребление или несовместимость со стандартными технологическими процессами [37,38,39,40,41,42]. Самое главное, традиционная DRAM продолжает успешно развиваться без серьезных проблем. В настоящее время обычная ячейка памяти DRAM 1T-1C приближается к пределу масштабирования.Одна из самых больших проблем заключается в том, что масштабирование конденсатора ячейки больше не может идти в ногу с транзистором [41,42]. Для обеспечения правильной работы ячейки памяти требуется минимум места для хранения определенного количества заряда. Таким образом, традиционные методы повышения производительности за счет масштабирования в настоящее время не используются в архитектуре DRAM 1T-1C. Помимо разработки различных технологий для преодоления этих трудностей, представляется разумным рассмотреть новую структуру DRAM. Одним из многообещающих кандидатов являются типы ячеек памяти, которые накапливают заряды в корпусе транзистора, таким образом модулируя пороговое напряжение и демонстрируя различные токи стока без ограничений, связанных с масштабированием конденсатора.Затем тело ячейки памяти полностью истощается от накопленных носителей для получения двух различных уровней тока, соответствующих дополнительным логическим состояниям. Существуют некоторые структуры устройств, такие как MSDRAM [34] и A2RAM [37,38], которые могут удовлетворить большинство требований DRAM: способность работать при низком напряжении, низкое энергопотребление, длительное время хранения и масштабируемость. Среди кандидатов в ячейки 1T-DRAM устройства, содержащие FBFET, демонстрируют отличные возможности с крутым подпороговым колебанием благодаря их механизму положительной обратной связи.Эти устройства отличаются своей производительностью и возможной интеграцией в стандартный процесс производства ультратонких корпусных структур (см. Рисунок 9). Есть причины, по которым устройствам FBFET следует уделять особое внимание. Во-первых, MSDRAM использует механизм, основанный на эффекте метастабильного гистерезиса падения, который требует гистерезиса [34]. Однако эффект суперсвязи, который возникает ниже 10 нм, затрудняет сосуществование электронных и дырочных каналов [35,36]. Во-вторых, A2RAM рассматривает высокое состояние как состояние, когда в теле хранится достаточно отверстий для создания токового моста от истока к стоку [37].Другое состояние определяется отключенным мостом в полностью разряженном состоянии [38]. Однако изготовление и разнообразие мостиков в пленках ограничено, если общая толщина меньше 10 нм. Механизм работы FBFET как 1T-DRAM следующий. FBFET имеет потенциальные барьеры, контролируемые напряжением на затворе, которое блокирует поток электронов или дырок по каналу. Механизм возникновения гистерезиса заключается в том, что напряжение, приложенное к затвору, вызывает небольшой коллапс из-за модуляции полосы на потенциальном барьере [43,44,45,46,47,48].Затем возникает поток носителей, которые последовательно захватываются потенциальной стенкой. Потенциальные стенки, на которые воздействуют накопленные носители, вызывают постоянное изменение высоты противоположного потенциального барьера, который контролирует поток других носителей. В результате возникает огромная разница в токе, периодически протекающем в исток и сток, что в конечном итоге разрушает оба потенциальных барьера через носители, захваченные в потенциальных стенках [46]. позволить току течь хорошо определяется как «1».Соответственно, процесс захвата носителей в потенциальной стенке называется процессом «записи», тогда как «удержание» — это процесс поддержания значения данных, а «чтение» — это текущее значение в захваченном состоянии [43 , 44,45,46,47,48]. Напротив, носитель освобождается от потенциальной стенки, и, таким образом, высота потенциального барьера высока, и ток блокируется. В этом случае состояние может быть записано путем удаления захваченной несущей путем добавления приложенного напряжения к противоположному напряжению затвора для освобождения несущей.Чтобы записать состояние «0», напряжение затвора падает до 0 В, чтобы удалить несущую из области канала, расположенной под затвором. Удержание состояния «0» включает возврат к сильно отрицательному диапазону V _G (V _Ge ), устройство не находится в равновесии, потому что нет носителей, которые можно было бы потянуть, чтобы построить инверсионный слой (глубокое истощение). Быстрое изменение потенциала делает барьер для инжекции дырок очень крутым. Для считывания состояния «0» данные считываются с отрицательным импульсом. V _D должен иметь возможность выбирать между измеренными значениями V _De в постоянном и переходном режимах, чтобы диод не включался для игнорирования непонятного тока.Состояние «0» необходимо постоянно обновлять, потому что энергетический барьер и V _De снижаются за счет захваченных носителей, которые генерируются для перезарядки области канала под затвором (см. Рисунок 10 и рисунок 11) [46]. установить на 0 В, чтобы удалить потенциальный барьер, записывается состояние «1». Импульс V _A вызывает прямое смещение P-I-N диода, позволяя электронам и дыркам течь в область канала, когда FBFET рассматривается отдельно от затвора. Для удержания состояния «1» применяется V _G , так что носители, протекающие через область канала, притягиваются к определенному пространству под затвором.Барьер ниже, чем в состоянии удержания «0», и V _ON уменьшается. Состояние «1» использует импульс на источнике FBFET для создания тока в устройстве, который должен быть высоким [46]. Таким образом, в состоянии «1» носители хранятся в потенциальной стенке, расположенной в канал на теле и увеличивает потенциал, тем самым понижая потенциальный барьер, что приводит к снижению порогового напряжения и большему току. В состоянии «0» носители удаляются из ловушки, расположенной в области канала на корпусе, и уменьшают доступный ток [43,44,45,46,47,48].Кроме того, была предложена новая ячейка SRAM на основе FBFET. Для этих ячеек SRAM характеристика крутого переключения, обеспечиваемая операцией положительной обратной связи, позволяет работать с высокоскоростной памятью, в то время как высокая область ячеек, которая считалась ограничением в традиционной SRAM, решается с помощью простой структуры устройства с использованием FBFET (см. рисунок 12) [52,53,54]. Ячейка имеет небольшую площадь 8F ² , что позволяет проектировать ячейку интегрированной памяти с высокой плотностью, в то время как низкий ток переключения резко снижает характеристики переключения, одновременно обеспечивая производительность памяти с низким энергопотреблением.Битовая ячейка SRAM также демонстрирует превосходные рабочие характеристики SRAM, включая скорость записи, высокую скорость чтения и подходящее время удерживания на основе захваченных зарядов в области канала рядом с источником / стоком [52,53,54]. В результате эти результаты показывают большой потенциал FBFET DRAM и SRAM для приложений памяти следующего поколения.

4.3. Нейроморфные клетки.

ИНС, которые были разработаны на основе нейромедиаторной структуры биологических нейронов, были предложены в качестве мощного метода, который можно использовать вместо обычных вычислений Неймана, особенно для распознавания и классификации образов [57,58].В отличие от существующей компьютерной архитектуры фон Неймана, ИНС были предложены для решения проблемы неспособности конкурировать с энергоэффективностью биологического мозга. Новое поколение ИНС было предложено с использованием нейронных сетей с пиковыми сигналами (СНС) (см. Рисунок 13) [59,60,61,62]. Однако традиционные нейронные цепи SNN требуют больших площадей, а также большого энергопотребления. Применение FBFET в нейроморфных устройствах исследуется для решения этих проблем. Устройства PF с плавающим корпусом с разделенным затвором предлагаются в качестве новых нейронных устройств, демонстрирующих возможности интеграции и стрельбы (см. Рисунок 13).Это моделирование использовало общий магнитный контроллер в нейронном слое и продемонстрировало успешную работу нейронной системы высокой плотности с несколькими PF, демонстрирующей сброс и латеральное подавление. Сообщалось о снижении энергопотребления примерно в 100 раз, что демонстрирует потенциал использования FBFET в нейроморфных схемах. Энергозатратность тока пропорциональна количеству всплесков. Среднее энергопотребление нейронов с общим выходом было снижено примерно на 94% по сравнению с обычными нейронными цепями.Когда было применено значение устройства PF, было получено низкое пороговое колебание (0,04 мВ / декада) устройства, которое уменьшило существующие 25 пДж / спайк нейронной цепи до ~ 0,25 пДж / спайк (см. Рисунок 13c, d). Кроме того, накопление заряда за счет захвата потенциальных стенок более широкого тела FBFET имитирует интеграцию в биологические нейроны без больших конденсаторов. Путем замены C _mem обычной нейронной схемы, которая требует большого пространства, за счет использования положительной обратной связи для слоя улавливания заряда устройства становится доступной меньшая площадь и более высокая плотность устройств.Обратите внимание, что C _mem относится к мембранному конденсатору средней нейронной цепи. Поскольку для нейроморфных схем традиционно требовалось много транзисторов и конденсаторов, создание высокой плотности важно для их развития. Сообщается, что 17-кратное уменьшение площади нейронов было достигнуто за счет использования FBFET [21].

Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Полевой транзистор

— Типы и работа

Полевой транзистор

означает полевой транзистор.Функция этого транзистора состоит в том, чтобы облегчить проводимость и форму носителя заряда в полупроводнике посредством электрического поля. Первый патент на полевые транзисторы был подан Джулиасом Эдгаром в 1926 году. С тех пор произошли значительные изменения. Другой патент был подан Оскаром Хейлом в 1934 году. Соединительный затвор, который используется в полевых транзисторах, был создан в Bell Labs Уильямом Шокли. Многие другие достижения в области полевых транзисторов были сделаны за эти годы. Кроме того, существует два типа полевого транзистора:

Работа полевого транзистора

Полевой транзистор — это устройство, управляемое напряжением, в котором приложенное напряжение используется для управления протекающим током.Он также известен под названием униполярный транзистор, поскольку они подвергаются операции типа с одной несущей. Входное сопротивление высокое во всех формах и типах полевых транзисторов. Электропроводность всегда регулируется с помощью приложенного напряжения с вывода полевого транзистора. Кроме того, плотность заряда носителей влияет на проводимость.

Полевой транзистор — это устройство, состоящее из трех основных компонентов: истока, стока и затвора. Источником является один из выводов полевого транзистора, через который большая часть носителей входит в планку.Дренаж — это второй терминал, через который большинство перевозчиков проводят бар. Gate имеет два терминала, которые внутренне связаны друг с другом.

Поскольку затвор в полевом транзисторе имеет обратное смещение, ток затвора практически равен нулю. Подача стока подключается к клемме истока, направляя поток электронов, который обеспечивает необходимые носители.

Полевой транзистор

Есть еще одно подразделение полевых транзисторов. В одном из типов ток поглощается в основном основными носителями заряда и поэтому называется устройствами с основными носителями заряда.Также существуют устройства с неосновными носителями заряда, в которых ток в основном связан с неосновными носителями заряда.

Две клеммы, исток и затвор имеют между собой потенциал, который, в свою очередь, зависит от проводимости канала. Три терминала, то есть исток, сток и затвор, есть у каждого полевого транзистора. Функция терминала затвора аналогична функции затвора в реальной жизни, поскольку затвор может открываться и закрываться и может либо разрешить прохождение электронов, либо полностью остановить их.

Основное различие между двумя основными типами полевых транзисторов — JFET и MOSFET — состоит в том, что JFET (Junction Field Effect Transistor) является трехконтактным полупроводниковым устройством, а MOSFET (Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор) является четырехконтактным. полупроводниковый прибор. JFET может работать только в режиме истощения. В то время как MOSFET может работать как в режиме улучшения, так и в режиме истощения. Входное сопротивление у MOSFET выше, что делает их более резистивными. По сравнению с ценой MOSFET дороже JFET.

Из-за высокого входного импеданса полевые транзисторы обычно используются в электронных вольтметрах, осциллографах и других измерительных устройствах и в качестве входных усилителей. Они также занимают мало места, что делает их более эффективными для других устройств.

Разница между полевыми транзисторами и полевыми транзисторами

Полевые транзисторы могут быть разных типов, например, полевые транзисторы с полевыми транзисторами и полевые МОП-транзисторы. Их функции и применения также различаются, но все они имеют три общих вывода: исток, сток и затвор.У каждой клеммы есть приложение для регулирования тока и напряжения транзистора. Оба типа полевых транзисторов обычно используются в качестве входных усилителей, поскольку они создают высокий входной импеданс. Это некоторые важные и ключевые характеристики полевых транзисторов. Эти фундаментальные знания можно в дальнейшем использовать для понимания большего количества концепций, связанных с электричеством и током. Определение полевого транзистора, типы полевого транзистора и то, как он регулирует схемы, являются ключевыми моментами в этой статье.

Моделирование и реализация полевого транзистора с водяным затвором (WG-FET) с использованием пленки Mono-Si толщиной 16 нм

За счет использования концепции двойного электрического слоя (EDL) и использования емкости двойного электрического слоя (EDLC) в качестве затвора изолятора, высокое управление каналом может быть достигнуто при низких напряжениях затвора в полевых транзисторах (FET) ^1,2 . Это обеспечивает дешевое решение технологически и экономически сложной проблемы реализации как можно более тонкого изоляционного слоя без отклонений и точечных отверстий.Это явление объясняется комбинированной моделью Гуи-Чепмена-Стерна ³ . Ионные жидкости, ионные гели, водные и твердые электролиты используются для образования EDL в этих устройствах. Они могут использовать полупроводники на основе оксидов металлов ^4,5,6 , графен ^7,8,9 , углеродные нанотрубки ^10,11,12 , органические полупроводники ^13,14,15 или Si ^16,17,18. в качестве активного канального уровня.

Вода в качестве материала электролита использовалась в органических полевых транзисторах (OFET) с зондом-затвором до ¹⁹ .Наша группа внесла свой вклад в эту концепцию, реализовав OFET с водяным затвором и плоской структурой ²⁰ . Топология плоского затвора позволяет создавать рисунки электродов истока, стока и затвора на одном слое за один шаг фотолитографии. Это упрощает процесс изготовления и обеспечивает легкую интеграцию с жидкостными каналами. Однако органические полупроводники склонны к диффузии ионов, что приводит к электрохимическому легированию ²¹ . Другими недостатками устройств OFET являются низкая подвижность носителей заряда и деградация из-за нестабильности окружающей среды.

В этой статье мы представляем реализацию и моделирование полевого транзистора с водяным затвором (WG-FET), в котором в качестве канального слоя используется моно-Si-пленка толщиной 16 нм. Схема устройства WG-FET приведена на рис. 1а. Он сочетает в себе преимущества плоской конструкции OFET с электролитным затвором с высокими характеристиками монокристаллического слоя Si.

Рис. 1

( a ) Иллюстрация устройства WG-FET с изоляцией электрода сток-исток. Электроды истока, стока и затвора изготовлены из алюминия.Капля воды помещается поверх активной области Si для завершения устройства. Электроды истока и стока изолированы от контакта с водой. Принцип работы устройства WG-FET приведен для схем датчика ( b ) и планарного затвора ( c ). Отрицательное напряжение подается на электрод затвора, чтобы включить транзистор.

Интерфейсы

Fluidic этих устройств обеспечивают платформу интеграции для датчиков и их схем считывания на уровне транзисторов. Ультратонкие и высокие характеристики подвижности канального слоя обеспечивают лучшую поверхностную чувствительность в сенсорных приложениях и in-situ усиление в их схемах считывания.Двумерный электронный газ (2DEG) в виде слоя Si толщиной 16 нм используется для получения обоих в одном устройстве ^22,23 . Полевые транзисторы с кремниевой нанопроволокой ^24,25 используют аналогичные концепции, однако они используют слои Si толщиной более 25 нм для области канала и требуют более сложных этапов изготовления. Электронные датчики без этикеток, использующие монокристаллические слои Si толщиной 30 нм, были показаны как многообещающие датчики ²⁶ , но их использование в качестве транзисторов или схем считывания не рассматривается.Ионно-чувствительные полевые транзисторы (ISFET) ^27,28,29 похожи на эти устройства, однако они представляют собой устройства с объемным Si, работающие в режимах обеднения / инверсии с большими электродами сравнения, и SiO ₂ , Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ , Ta ₂ O ₅ или другие типы изоляционных слоев. WG-FET требует более простых этапов изготовления по сравнению с этими устройствами. Кроме того, ранее не исследовались и не моделировались плоские топологии электродов затвора и зонда, а также влияние изоляции электродов истока и стока.

Принцип работы устройства WG-FET кратко описан для топологии пробника и планарного затвора на рис. 1b, c, соответственно. Тонкий слой Si умеренно легирован бором (~ 10 ¹⁵ см ⁻³ ). Представленный здесь WG-FET представляет собой устройство накопительного типа. EDL формируются как на поверхности электрода затвора, так и на активной области Si. Положительные носители заряда притягиваются к поверхности раздела в слое Si с приложением отрицательного V _GS к электроду затвора. Это включает транзистор.{2}} {2}] $$

(1)

где мкм _с — подвижность поверхности отверстия, C _ox — емкость оксида, В _GS — приложенное напряжение затвора, а В _DS — разница напряжений сток-исток. В _FB — это напряжение плоской полосы, и оно представляет собой пороговое напряжение для транзистора режима накопления, поскольку инверсия не происходит ³⁰ .{2} $$

(2)

в режиме насыщения ( В _DS ≤ В _GS — В _ФБ ).

В этих уравнениях предполагается, что потенциал, приложенный к слою изолятора по всему каналу, является однородным и равен В _GS , что соответствует традиционной архитектуре MOSFET.В топологии WG-FET эффективное значение V _GS — это напряжение на EDL, которое формируется поверх активной области Si. Значение этого потенциала в любой произвольной точке по длине устройства, В _{g_EDL} ( x ), является результатом комбинированного воздействия электродов истока, стока и затвора. Изоляция на электродах истока и стока значительно снижает их влияние на напряжение В _{g_EDL} путем введения дополнительных последовательных емкостей с низкими значениями.Независимо от того, изолированы они или нет, их влияние следует принимать во внимание при расчете тока в канале, чтобы получить более реалистичную модель. Следовательно, если длина канала составляет L , напряжение точки на изоляционном слое EDL можно записать в самом общем виде как

$$ {V} _ {g \ _ \ mathrm {EDL}} (x) = { k} _ {1} {V} _ {{\ rm {GS}}} + {k} _ {2} {V} _ {{\ rm {DS}}} + ({k} _ {3} { V} _ {{\ rm {DS}}} + {k} _ {4} {V} _ {{\ rm {GS}}}) \ frac {x} {L} $$

(3)

, где x от 0 до L .В схеме «зонд-затвор» электрод затвора размещается в середине канала, поверх активной области. Следовательно, его действие симметрично по длине канала. В схеме с планарным затвором электрод затвора спроектирован вокруг активной области. Симметричная конструкция обеспечивает равные расстояния затвор-исток и затвор-сток, как показано на рис. 1a. Эти симметричные эффекты электродов затвора приводят к примерно однородному распределению потенциала по всему каналу, поэтому вклад V _GS в V _{g_EDL} не должен зависеть от x , что составляет k ₄ = 0.{V (L)} [{V} _ {g \ _ \ mathrm {EDL}} (x) — {V} _ {{\ rm {thc}}} — V (x)] {\ rm {d} } V $$

(4)

где C _EDL — емкость EDL. В _thc обозначает пороговую константу. Он представляет кумулятивные эффекты захваченных зарядов на границе Si / вода с напряжением плоской полосы, необходимым для формирования канала в режиме накопления. {L} [{V} _ {g \ _ \ mathrm {EDL} } (x) — {V} _ {{\ rm {thc}}} — \ frac {{V} _ {{\ rm {DS}}}} {L} x] \ frac {{V} _ {{ \ rm {DS}}}} {L} {\ rm {d}} х \ mathrm {.{2} \ mathrm {.} $$

(7)

В I _sat выражение уравнения (7), k ₁ представляет стробирующую способность применяемого V _GS . к ₂ моделирует влияние напряжения электрода стока на стробирование. При отрицательном В _{Применяется DS} , он действует на транзистор как конкурирующий электрод затвора.Поэтому желательно выше k ₁ и ниже k ₂ значений. к ₃ зависит как от влияния электрода стока, так и от длины канала. Он действует как общий множитель.

Соединительные полевые транзисторы

(JFET): работа, характеристики, применение

В этом руководстве описываются принцип работы JFET, кривые характеристик, конфигурации цепей (N-канал и P-канал) и приложения, а также принципиальные схемы.

Соединительный полевой транзистор (JFET) — это простой полевой транзистор с PN переходом, в котором выходной ток регулируется входным напряжением. Два типа полевых транзисторов JFET включают N-канал и P-канал.

JFET, как и все полевые транзисторы, содержит затвор (G), сток (D) и исток (S) . Затвор является элементом управления, а сток и исток выполняют ту же функцию, что и эмиттер и коллектор на биполярном переходном транзисторе. См. Рисунок 1.

Рисунок 1. Стрелка в условном обозначении N-канального JFET указывает внутрь. Стрелка указывает наружу для P-канального JFET.

JFET могут использоваться в качестве переключателей и затворов. JFET даже можно найти в регуляторах напряжения и ограничителях тока. JFET полностью совместимы с другими полупроводниковыми устройствами, такими как стандартные биполярные транзисторы, кремниевые выпрямители, симисторы и ИС.

Работа JFET

JFET — это униполярное устройство, которое отличается по принципу действия от биполярного переходного транзистора.Выходной ток полевого транзистора управляется напряжением на затворе. Напряжение затвора создает электрическое поле или область истощения внутри устройства. См. Рисунок 2.

JFET считается устройством, управляемым напряжением, а не устройством, управляемым током, таким как биполярный переходной транзистор.

Рисунок 2. Выходной ток полевого транзистора управляется электрическим полем, создаваемым входным напряжением.

Исток и сток полевого транзистора соединены с общим материалом N-типа.Этот общий материал составляет канал JFET.

Если между истоком и стоком есть потенциал постоянного тока, ток должен течь во внешней цепи и через канал.

При напряжении нулевого затвора высота канала максимальна, а сопротивление канала минимально, что приводит к протеканию тока. При слегка положительном напряжении канал открывается дальше, обеспечивая максимальный ток.

Две секции материала P-типа составляют ворота.Каждая секция имеет соответствующее электрическое поле (область истощения).

Если затвор сделан отрицательным по отношению к каналу, диоды (образованные материалами P-типа и N-типа) становятся смещенными в обратном направлении, и области обеднения увеличиваются.

При достаточно большом напряжении затвор-исток (VGS) канал эффективно « оторван от » из-за соприкосновения областей обеднения. Области истощения сливаются при определенной VGS где-то между 1 В и 8 В.

Размер обедненной области контролируется напряжением затвор-исток (V _GS ).Когда V _GS увеличивается, область истощения увеличивается. Когда VGS уменьшается, область обеднения уменьшается.

Это напряжение затвор-исток (В _GS ) управляет током стока и всегда должно обеспечивать напряжение обратного смещения. Это сильно отличается от биполярного транзистора.

В биполярном транзисторе переход должен быть смещен в прямом направлении, чтобы полное сопротивление перехода было чрезвычайно низким и в переходе протекал ток.

В JFET переход должен иметь обратное смещение, чтобы полное сопротивление перехода было высоким и в переходе протекал небольшой ток.Основное преимущество этого — хорошее управление с использованием напряжения, а не тока.

Энергопотребление полевого транзистора (в режиме ожидания) в тысячи раз меньше, чем у биполярного транзистора, контролирующего ту же функцию.

Кривые выходных характеристик полевого транзистора JFET

Характеристическая кривая полевого транзистора показывает рабочие характеристики полевого транзистора. См. Рисунок 3. Напряжение сток-исток (V DS ) отложено по горизонтальной оси. Ток стока (I D ) отложен по вертикальной оси на характеристической кривой для типичного N-канального JFET.

Используя одну кривую, можно более легко получить подробную информацию.

Рисунок 3. Характеристическая кривая JFET показывает рабочие характеристики JFET.

Омическая область

Омическая область — это первая часть характеристической кривой полевого транзистора JFET, где ток стока быстро растет. В омической области ток стока регулируется напряжением сток-исток и сопротивлением канала.

Область отсечки

Изгиб кривой — это напряжение отсечки . На плоской части графика JFET находится в области отсечки. В этой области ток стока в основном определяется шириной канала.

Лавина (Обрыв) Регион

Когда ток стока начинает очередное резкое увеличение, начинается лавина (пробой) . В этот момент через канал начинает проходить большой ток.Если этот ток не ограничен внешним сопротивлением или нагрузкой, JFET может быть поврежден.

Конфигурация схемы JFET

полевых транзисторов JFET могут быть объединены в три основные схемы конфигурации: общий исток, общий затвор и общий сток .

Цепи с общим затвором и общим стоком построены по аналогичной схеме с общими элементами. Кроме того, единственная разница между конфигурацией схемы с N-каналом и P-каналом — это направление потока электронов во внешней цепи и полярность напряжений смещения.См. Рисунок 4.

Рис. 4. В схеме JFET с общим истоком вход проходит через выводы затвора и истока, а выход — через выводы стока и истока.

Приложения JFET Полевые транзисторы

широко используются в схемах, где важными факторами являются низкая мощность и высокое сопротивление. JFET-транзисторам требуется очень небольшая мощность для получения большой выходной мощности на нагрузке.

Полевые транзисторы

используются во многих конфигурациях усилителей, поскольку они могут усиливать довольно широкий диапазон частот и имеют высокий входной импеданс.Высокое входное сопротивление — несомненное преимущество при передаче мощности.

Мультиметры

FET используют полевые транзисторы JFET для обеспечения высокого входного импеданса с хорошей чувствительностью. JFET способен выдавать входное сопротивление 11 МОм или более.

В простой схеме мультиметра с полевым транзистором полевой транзистор является одной «ногой» в мосту постоянного тока. Истоковый резистор R _S обеспечивает отрицательную обратную связь для высокой линейности отклика. Схема требует хорошей стабилизации, которую обеспечивает стабилитрон.См. Рисунок 5.

Рис. 5. Цифровой мультиметр может обеспечить высокое входное сопротивление с хорошей чувствительностью за счет использования полевого транзистора во входной цепи.

No related posts.