Основные виды и устройство полевых транзисторов

В разделе Биполярные транзисторы при описании биполярных транзисторов ключевым моментом их работы называлось то, что в кремниевых и германиевых кристаллических структурах можно порождать потоки носителей зарядов и управлять ими аналогично тому, как это делается в электровакуумных приборах. Причем для этого не требуется создавать какие-либо внешние по отношению к кристаллу электрические поля или обеспечивать полный вакуум, да и управляемость самих элементарных носителей зарядов получается гораздо лучшей.

Физика полупроводников достаточно емкая и порой весьма сложная наука. Будем надеяться, что читатель хоть в какой-то мере знаком с основными понятиями этого предмета, поскольку для глубокого понимания принципов работы любых транзисторов без этого не обойтись. В разделах Общие сведения о полупроводниках, Электронно-дырочный переход и Биполярные транзисторы мы лишь кратко коснулись этой темы, описав некоторые базовые понятия. Например, такие как: полупроводники с собственной электропроводностью, полупроводники с электронной электропроводностью (полупроводники \(n\)-типа), полупроводники с дырочной электропроводностью (полупроводники \(p\)-типа), электронно-дырочный переход (\(p\)-\(n\)-переход). Там же было сказано, что оказывая некоторые электрические воздействия на полупроводниковую структуру можно управлять протекающим через нее током. На этом принципе и основана работа большинства полевых транзисторов.

Современные полевые (униполярные) транзисторы обладают рядом уникальных свойств, позволяющих строить с их помощью схемы, достигающие по некоторым своим характеристикам теоретически возможного потолка. На заре развития транзисторной схемотехники разработчики аппаратуры часто избегали использования полевых транзисторов по причине их крайней уязвимости к некоторым видам механических и электрических воздействий, неизбежных при монтаже, а также из-за недостаточно стабильных параметров и обусловленных этим трудностей при проектировании схем. Однако развитие технологий производства позволило разрешить все указанные проблемы. На сегодняшний день применение полевых транзисторов во многих случаях гораздо предпочтительнее, чем использование биполярных приборов. Это позволяет получать гораздо лучшие характеристики схем, а иногда и упрощает сами схемы.

В зависимости от структуры и технологии производства различают следующие виды полевых транзисторов:

• Полевые транзисторы с управляющим переходом (JFET / JUGFET)
  • Полевые транзисторы с управляющим переходом Шоттки (Полевые транзисторы Шоттки) (MESFET)
  • Полевые транзисторы с управляющим гетеропереходом (HFET / MODFET / HEMT)
• Полевые транзисторы с изолированным затвором (МОП- или МДП-транзисторы) (MOSFET)

В качестве исходного полупроводникового материала при производстве полевых транзисторов используются: кремний (Si), арсенид галлия (GaAs) или фосфид индия (InP). Германий (Ge) не нашел применения в этих приборах.

Конструктивное исполнение дискретных полевых транзисторов может быть самым разнообразным. Существует довольно много технологий их изготовления (в настоящее время преобладают различные подвиды планарно-эпитаксиальной технологии) и еще больше видов корпусов, в которые они могут помещаться (металло-керамические, пластмассовые, керамические и т.д.). Внешние габаритные размеры транзисторов определяются в основном требованиями к допустимым электрическим и тепловым режимам при работе и монтаже прибора. Транзисторы большой мощности имеют бóльшие габариты и специальные средства для крепления внешних теплоотводящих радиаторов, транзисторы малой мощности могут выполняться вообще без корпусов или в корпусах минимальных размеров с очень слабыми теплоотводящими свойствами, защищающими транзистор не столько от перегрева кристалла полупроводника при работе, сколько от перегрева подведенных к нему контактов при пайке транзистора, а также от воздействия на кристалл агрессивной окружающей среды.

Важным свойством полевых транзисторов (и особенно, МДП-транзисторов) является их повышенная чувствительность к статическому электричеству. Так что при обращении с этими приборами часто требуются особые меры предосторожности (заземление оборудования и тела оператора, закорачивание выводов до момента окончания пайки и т.п.).