logo

Главная Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы (ПТ) Основные виды и устройство ПТ Полевые транзисторы с управляющим переходом

Полевые транзисторы с управляющим переходом

Печать
Схемотехника - Схемотехника и конструирование схем

 

В качестве основного рабочего элемента полевого транзистора с управляющим переходом (Junction gate field-effect transistor — JFET или JUGFET) выступает определенной длины полупроводник с электропроводностью либо \(p\)-, либо \(n\)-типа. К противоположным концам такого полупроводника подводится внешнее напряжение, что приводит к появлению в нем потоков зарядов и, соответственно, к протеканию через полупроводник некоторого тока. Чтобы сделать возможным управление потоком зарядов в полупроводниковую структуру, так же как и в случае с биполярным транзистором, вводится небольшая область с противоположным основному типом электропроводности. Однако здесь эта область не разделяет исходную структуру на две части, а лишь создает в ней на пути протекания потока зарядов некоторое достаточно узкое место (рис. 2-1.1). В дальнейшем будет показано, что с помощью определенных внешних воздействий на созданный в полупроводниковой структуре \(p\)-\(n\)-переход мы можем управлять основным потоком зарядов через нее. Участок полупроводниковой структуры, в котором протекает этот поток, называется каналом.

 

Плоская одномерная модель полевого транзистора с управляющим переходом (а) и его условные обозначения (б)

Рис. 2-1.1. Плоская одномерная модель полевого транзистора с управляющим переходом (а) и его условные обозначения (б)

 

В зависимости от комбинации типов применяемых полупроводников возможны два варианта структур полевых транзисторов с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом: с \(p\)-каналом и с \(n\)-каналом. Кроме этого, сам управляющий переход может исполняться не только как обычный \(p\)-\(n\)-переход между полупроводниками, отличающимися только типом проводимости, но и как переход типа металл–полупроводник (см. ниже Полевые транзисторы с управляющим переходом Шоттки) или как гетеропереход (переход между полупроводниками из различных исходных материалов).

Ввиду особенностей производства полевые транзисторы не являются полностью симметричными, как это показано на рис. 2-1.1,а. Это означает, что направление протекания потока зарядов через канал имеет значение при работе, и свойства транзисторов как правило несимметричны относительно управляющей области (хотя и довольно похожи).

Каждая из областей приведенной на рис. 2-1.1,а полупроводниковой структуры полевого транзистора имеет отдельный внешний вывод (электрод), а также определенное название, во многом отражающее ее функцию (заметим, что эти функции не зависят от типа транзистора: \(p\)-канальный или \(n\)-канальный). Область, в которой порождается поток носителей зарядов (на рис. 2-1.1,а изображена слева), называется истоком (И). Средняя область, с помощью которой происходит управление этим потоком (на рис. 2-1.1,а изображена снизу), носит название затвора (З). И наконец, третья область, в которую поступает управляемый поток, называется стоком (С). Внешние электроды транзистора называются в соответствии с именами областей полупроводниковой структуры, с которыми они соединены. Электронно-дырочный переход, образованный между областью затвора транзистора и каналом называется управляющим переходом (УП). Графические обозначения полевых транзисторов с управляющим переходом обоих возможных типов показаны на рис. 2-1.1,б.

Полевые транзисторы с управляющим переходом Шоттки (Полевые транзисторы Шоттки)

Полевые транзисторы Шоттки (ПТШ) (Metal–semiconductor field effect transistor — MESFET) впервые были представлены в 1966 году и, благодаря своим уникальным характеристикам, сразу же нашли применение в высокочастотной схемотехнике. В полевых транзисторах Шоттки в качестве управляющего перехода используется не обычный \(p\)-\(n\)-переход, а переход типа металл–полупроводник (переход Шоттки) — то есть ток в них течёт между омическими контактами в однородной среде канала. Благодаря этому, полевые транзисторы Шоттки обладают более высокой линейностью передаточной характеристики, у них нет шумов токораспределения, а плотность тока может быть большой, следовательно, уровень их шумов меньше, отдаваемые мощности больше. ПТШ находят широкое применение в диапазонах высоких и сверхвысоких частот.

Полевые транзисторы Шоттки обычно изготавливаются из арсенида галлия (GaAs) с каналом \(n\)-типа. Подвижность электронов в слабом поле арсенида галлия (GaAs) примерно в 2 раза выше, чем в кремнии (Si), а вместо ёмкостей эмиттерного и коллекторного переходов у ПТШ имеется сравнительно малая ёмкость обратно смещённого затвора на барьере Шоттки, поэтому они могут работать на частотах до 90…120 ГГц. Внутренняя обратная связь через паразитные ёмкости в ПТШ незначительна, усилители работают на них более устойчиво в широком диапазоне частот. Несмотря на то, что теплопроводность GаАs в З раза меньше, чем у Si, биполярные транзисторы уступают ПТШ по коэффициенту шума уже на частотах выше 1…1,5 ГГц. Показатели коэффициента шума ПТШ могут достигать: 0,5…1,4 дБ на частотах 0,5…18 ГГц, 5…6 дБ на частотах миллиметрового диапазона длин волн.

Высокочастотные характеристики полевых транзисторов Шотки ограничены подвижностью электронов и временем пролета канала. Уменьшая длину затвора, можно увеличить быстродействие этих приборов, но такой подход имеет свой предел и не всегда эффективен. Дальнейшим развитием полевых транзисторов с управляющим переходом является использование вместо перехода металл-полупроводник гетеропереходов сложной структуры.

Полевые транзисторы с управляющим гетеропереходом

Полевые транзисторы с управляющим гетеропереходом (Heterojunction field-effect transistor — HFET) изготавливаются с использованием полупроводников сразу нескольких типов. Основной особенностью гетероструктур в таких транзисторах является возможность формирования при определенных условиях областей (каналов), в которых обеспечивается повышенная подвижность электронов. В специально подобранных гетеропереходах возникают так называемые квантовые колодцы, которые и формируют двумерный электронный газ с увеличенной подвижностью электронов. Благодаря указанному свойству, получило широкое распространение другое название для таких транзисторов — Транзисторы с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ) (High-electron-mobility transistor — HEMT). А в силу особенностей технологии изготовления их также иногда называют Полевыми транзисторами с модулированным легированием (Modulated-doping field effect transistor — MODFET).

Транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT-транзисторы) обладают поистине уникальными характеристиками. Эти приборы находят применение в разнообразной СВЧ-аппаратуре, так как могут работать практически во всем диапазоне сверхвысоких частот (300 Мгц ... 300 Ггц), а некоторые опытные экземпляры подбираются к значимому рубежу 1 ТГц.

Чаще всего применяют гетеропереходы GaAs-AlGaAs, GaN-AlGaN или многослойные гетероструктуры, такие, например, как GaN-AlN-AlGaN на кремниевой подложке.

 

 

 

Конструирование схем




Все права защищены © 1997-2011 Перепечатка возможна только по согласованию с владельцем авторских прав. admin@club155.ru

Яндекс.Метрика               Сервер радиолюбителей России - схемы, документация,

 соревнования, дипломы, программы, форумы и многое другое!   схемы новости электроники