Der Feldwirkungstransistor (FET) ist ein Transistor, der ein elektrisches Feld verwendet, um die Gestalt und folglich das Leitvermögen eines Kanals eines Typs des Anklage-Transportunternehmens in einem Halbleiter-Material zu kontrollieren. FETs werden manchmal einpolige Transistoren genannt, um ihrer Operation des einzelnen Transportunternehmen-Typs mit der DoppelTransportunternehmen-Typoperation von bipolar (Verbindungspunkt) Transistoren (BJT) gegenüberzustellen. Das Konzept des FET datiert den BJT zurück, obwohl es bis BJTs wegen der Beschränkungen von Halbleiter-Materialien und der Verhältnisbequemlichkeit nicht physisch durchgeführt wurde, BJTs im Vergleich zu FETs zurzeit zu verfertigen.

Geschichte

Der Feldwirkungstransistor wurde zuerst von Julius Edgar Lilienfeld 1925 und von Oskar Heil 1934 patentiert, aber praktische Halbleiten-Geräte (der JFET, Verbindungspunkt-Tor-Feldwirkungstransistor) wurden nur viel später entwickelt, nachdem die Transistor-Wirkung beobachtet und von der Mannschaft von William Shockley an Glockenlaboratorien 1947 erklärt wurde. Der MOSFET (Metalloxydhalbleiter-Feldwirkungstransistor), der größtenteils den JFET ersetzt hat und eine tiefere Wirkung auf die elektronische Entwicklung hatte, wurde zuerst von Dawon Kahng 1960 vorgeschlagen.

Basisinformation

FETs sind Anklage-transportunternehmendes Majoritäts-Geräte. Das Gerät besteht aus einem aktiven Kanal durch der Majoritätsanklage-Transportunternehmen, Elektronen oder Löcher, Fluss von der Quelle zum Abflussrohr. Quelle und fließt ab unheilbar kranke Leiter werden mit dem Halbleiter durch Ohmic-Kontakte verbunden. Das Leitvermögen des Kanals ist eine Funktion des Potenzials, das auf das Tor angewandt ist, das zur Quelle verwiesen ist.

Die drei Terminals des FET sind:

• Quelle (S), durch den die Majoritätstransportunternehmen in den Kanal eingehen. Herkömmlicher Strom, der in den Kanal an S eingeht, wird von mir benannt.
• Fließen Sie (D) ab, durch den die Majoritätstransportunternehmen den Kanal verlassen. Herkömmlicher Strom, der in den Kanal an D eingeht, wird von mir benannt. Das Abflussrohr zur Quellstromspannung ist V.
• Tor (G), das Terminal, das das Kanalleitvermögen abstimmt. Indem man Stromspannung auf G anwendet, kann man I kontrollieren.

Mehr über Terminals

Alle FETs haben Tor, fließen und Quellterminals ab, die grob zur Basis, dem Sammler und dem Emitter von BJTs entsprechen. Die meisten FETs haben auch ein viertes Terminal genannt den Körper, die Basis, den Hauptteil oder das Substrat. Dieses vierte Terminal dient, um den Transistor in die Operation zu beeinflussen; es ist selten, nichttrivialen Gebrauch des Körperterminals in Stromkreis-Designs zu machen, aber seine Anwesenheit ist wichtig, wenn sie das physische Lay-Out eines einheitlichen Stromkreises aufstellt. Die Größe des Tors, Länge L im Diagramm, ist die Entfernung zwischen Quelle und Abflussrohr. Die Breite ist die Erweiterung des Transistors in der Diagramm-Senkrechte zur bösen Abteilung. Normalerweise ist die Breite viel größer als die Länge des Tors. Eine Tor-Länge von 1 µm beschränkt die obere Frequenz auf ungefähr 5 GHz, 0.2 µm zu ungefähr 30 GHz.

Die Namen der Terminals beziehen sich auf ihre Funktionen. Vom Tor-Terminal kann als das Steuern der Öffnung und Schließen eines physischen Tors gedacht werden. Dieses Tor erlaubt Elektronen zu fließen oder Blöcke ihr Durchgang durch das Schaffen oder das Beseitigen eines Kanals zwischen der Quelle und dem Abflussrohr. Elektronen fließen vom Quellterminal zum Abflussrohr-Terminal wenn unter Einfluss einer angewandten Stromspannung. Der Körper bezieht sich einfach auf den Hauptteil des Halbleiters, in dem das Tor, die Quelle und das Abflussrohr lügen. Gewöhnlich wird das Körperterminal mit der höchsten oder niedrigsten Stromspannung innerhalb des Stromkreises abhängig vom Typ verbunden. Das Körperterminal und das Quellterminal werden manchmal zusammen verbunden, da die Quelle auch manchmal mit der höchsten oder niedrigsten Stromspannung innerhalb des Stromkreises verbunden wird, jedoch gibt es mehreren Gebrauch von FETs, die solch eine Konfiguration, wie Übertragungstore und cascode Stromkreise nicht haben.

FET Operation

Der FET kontrolliert den Fluss von Elektronen (oder Elektronlöcher) von der Quelle, um durch das Beeinflussen der Größe und Gestalt eines "leitenden Kanals" geschaffen und unter Einfluss der Stromspannung abzufließen (oder von der Stromspannung zu fehlen), angewandt über das Tor und die Quellterminals (Für die Bequemlichkeit der Diskussion, das nimmt an, dass Körper und Quelle verbunden werden). Dieser leitende Kanal ist der "Strom", durch den Elektronen von der Quelle ins Abflussrohr fließen.

In einem N-Kanalerschöpfungsweise-Gerät veranlasst eine negative Stromspannung des Tors zur Quelle ein Erschöpfungsgebiet, sich in Breite auszubreiten und in den Kanal von den Seiten vorzudringen, den Kanal einengend. Wenn sich das Erschöpfungsgebiet zu völlig nahe dem Kanal ausbreitet, wird der Widerstand des Kanals von der Quelle, um abzufließen, groß, und der FET wird wie ein Schalter effektiv abgedreht. Ebenfalls vergrößert eine positive Stromspannung des Tors zur Quelle die Kanalgröße und erlaubt Elektronen, leicht zu fließen.

Umgekehrt, in einem N-Kanalerhöhungsweise-Gerät, ist eine positive Stromspannung des Tors zur Quelle notwendig, um einen leitenden Kanal zu schaffen, da man natürlich innerhalb des Transistors nicht besteht. Die positive Stromspannung zieht frei schwimmende Elektronen innerhalb des Körpers zum Tor an, einen leitenden Kanal bildend. Aber zuerst müssen genug Elektronen in der Nähe vom Tor angezogen werden, um die dopant zum Körper des FET hinzugefügten Ionen zu entgegnen; das formt sich ein Gebiet frei von beweglichen Transportunternehmen hat ein Erschöpfungsgebiet genannt, und das Phänomen wird die Schwellenstromspannung des FET genannt. Weitere Stromspannungszunahme des Tors zur Quelle wird noch mehr Elektronen zum Tor anziehen, die im Stande sind, einen leitenden Kanal von der Quelle zu schaffen, um abzufließen; dieser Prozess wird Inversion genannt.

Entweder für die Erhöhung - oder für Erschöpfungsweise-Geräte, an Stromspannungen des Abflussrohrs zur Quelle viel weniger als Stromspannungen des Tors zur Quelle, die Tor-Stromspannung ändernd, wird den Kanalwiderstand verändern und abfließen Strom wird proportional sein, um Stromspannung (Verweise angebracht zur Quellstromspannung) zu dränieren. In dieser Weise funktioniert der FET wie ein variabler Widerstand, und, wie man sagt, funktioniert der FET in einer geradlinigen Weise oder ohmic Weise.

Wenn Stromspannung des Abflussrohrs zur Quelle vergrößert wird, schafft das eine bedeutende asymmetrische Änderung in Form des Kanals wegen eines Anstiegs des Stromspannungspotenzials von der Quelle, um abzufließen. Die Gestalt des Inversionsgebiets wird "geklemmt - von" in der Nähe vom Abflussrohr-Ende des Kanals. Wenn Stromspannung des Abflussrohrs zur Quelle weiter vergrößert wird, beginnt das Kneifen - vom Punkt des Kanals, vom Abflussrohr zur Quelle abzurücken. Wie man sagt, ist der FET in der Sättigungsweise; einige Autoren kennzeichnen es als aktive Weise, für eine bessere Analogie mit dem bipolar Transistor Betriebsgebiete.

Die Sättigungsweise oder das Gebiet zwischen ohmic und Sättigung, wird verwendet, wenn Erweiterung erforderlich ist. Wie man manchmal betrachtet, ist das Zwischengebiet ein Teil des ohmic oder geradlinigen Gebiets, sogar dort, wo Abflussrohr-Strom mit der Abflussrohr-Stromspannung nicht ungefähr geradlinig ist.

Wenn auch der leitende Kanal, der durch die Stromspannung des Tors zur Quelle nicht mehr gebildet ist, Quelle verbindet, um während der Sättigungsweise abzufließen, werden Transportunternehmen vom Fließen nicht blockiert. Wieder ein N-Kanalgerät denkend, besteht ein Erschöpfungsgebiet im P-Typ-Körper, den leitenden Kanal und das Abflussrohr und die Quellgebiete umgebend. Die Elektronen, die den Kanal umfassen, sind aus dem Kanal durch das Erschöpfungsgebiet, wenn angezogen, vom Abflussrohr durch die Stromspannung des Abflussrohrs zur Quelle bewegungsfrei. Das Erschöpfungsgebiet ist frei von Transportunternehmen und hat einen Silikon ähnlichen Widerstand. Jede Zunahme der Stromspannung des Abflussrohrs zur Quelle wird die Entfernung vom Abflussrohr bis das Kneifen - vom Punkt vergrößern, Widerstand wegen des Erschöpfungsgebiets proportional zur angewandten Stromspannung des Abflussrohrs zur Quelle vergrößernd. Diese proportionale Änderung veranlasst den Strom des Abflussrohrs zur Quelle, relativ fester Unabhängiger von Änderungen zur Stromspannung des Abflussrohrs zur Quelle und ganz verschieden von der geradlinigen Weise-Operation zu bleiben. So in der Sättigungsweise benimmt sich der FET als eine unveränderlich-aktuelle Quelle aber nicht als ein Widerstand und kann am effektivsten als ein Stromspannungsverstärker verwendet werden. In diesem Fall bestimmt die Stromspannung des Tors zur Quelle das Niveau des unveränderlichen Stroms durch den Kanal.

Zusammensetzung

Der FET kann von mehreren Halbleitern, Silikon gebaut werden, das bei weitem das allgemeinste ist. Die meisten FETs werden mit herkömmlichen Hauptteil-Halbleiter-Verarbeitungstechniken, mit einer Monokristall-Halbleiter-Oblate als das aktive Gebiet oder Kanal gemacht.

Unter dem ungewöhnlicheren Körper sind Materialien amorphes Silikon, polykristallenes Silikon oder andere amorphe Halbleiter in Dünnfilm-Transistoren oder organischen Feldwirkungstransistoren, die auf organischen Halbleitern basieren; häufig werden OFET Tor-Isolatoren und Elektroden aus organischen Materialien ebenso gemacht.

Solche FETs werden mit der Vielfalt von Materialien wie Silikonkarbid (SIC), Gallium arsenide (GaAs), Gallium-Nitrid (GaN) und Indium-Gallium arsenide (InGaAs) verfertigt.

Im Juni 2011 hat IBM bekannt gegeben, dass er mit Sitz in graphene FETs in einem einheitlichen Stromkreis erfolgreich verwendet hatte.

Diese Transistoren sind zu einer 100 GHz Abkürzungsfrequenz viel höher fähig als normaler Silikon-FETs.

Typen von Feldwirkungstransistoren

. Top=source, bottom=drain, left=gate, right=bulk. Stromspannungen, die zu Kanalbildung führen, werden]] nicht gezeigt

Der Kanal eines FET wird lackiert, um entweder einen N-leitenden Halbleiter oder einen P-Typ-Halbleiter zu erzeugen. Das Abflussrohr und die Quelle können des entgegengesetzten Typs zum Kanal, im Fall von der Erschöpfungsweise FETs lackiert, oder des ähnlichen Typs zum Kanal als in der Erhöhungsweise FETs lackiert werden. Feldwirkungstransistoren sind auch durch die Methode der Isolierung zwischen Kanal und Tor bemerkenswert. Typen von FETs sind:

• CNTFET (Kohlenstoff nanotube Feldwirkungstransistor)
• Der DEPFET ist ein FET, der in einem völlig entleerten Substrat gebildet ist, und handelt als ein Sensor, Verstärker und Speicherknoten zur gleichen Zeit. Es kann als ein Image (Foton) Sensor verwendet werden.
• Der DGMOSFET ist ein MOSFET mit Doppeltoren.
• Der DNAFET ist ein spezialisierter FET, der als ein biosensor, durch das Verwenden eines aus DNA-Molekülen des einzelnen Ufers gemachten Tors handelt das Zusammenbringen von DNA-Ufern entdecken.
• Der FREDFET (Schnelle Schnelle oder Rückwiederherstellung Epitaxiale Diode FET) ist ein spezialisierter FET, der entworfen ist, um eine sehr schnelle Wiederherstellung (Umdrehung - von) von der Körperdiode zur Verfügung zu stellen.
• Der HEMT (hoher Elektronbeweglichkeitstransistor), auch genannt einen HFET (heterostructure FET), kann mit bandgap Technik in einem dreifältigen Halbleiter wie AlGaAs gemacht werden. Das völlig entleerte Breitbandlücke-Material bildet die Isolierung zwischen Tor und Körper.
• Der HIGFET (heterostructure isolierte Tor-Feldwirkung transisitor)), wird hauptsächlich in der Forschung jetzt verwendet.

http://www.freepatentsonline.com/5614739.html

• Der IGBT (isoliertes Tor bipolar Transistor) ist ein Gerät für die Macht-Kontrolle. Es hat eine Struktur, die mit einem mit einem bipolar ähnlichen Hauptleitungskanal verbundenen MOSFET verwandt ist. Diese werden für 200-3000 V Stromspannungsreihe des Abflussrohrs zur Quelle der Operation allgemein verwendet. Macht MOSFETs ist noch das Gerät der Wahl für Stromspannungen des Abflussrohrs zur Quelle 1 bis 200 V.
• Der ISFET (mit dem Ion empfindlicher Feldwirkungstransistor) hat gepflegt, Ion-Konzentrationen in einer Lösung zu messen; wenn die Ion-Konzentration (wie H, PH-Elektrode sieh) Änderungen, wird sich der Strom durch den Transistor entsprechend ändern.
• Der JFET (Verbindungspunkt-Feldwirkungstransistor) verwendet beeinflussten p-n Verbindungspunkt einer Rückseite, um das Tor vom Körper zu trennen.
• Der MESFET (Metallhalbleiter-Feldwirkungstransistor) setzt den p-n Verbindungspunkt des JFET mit einer Barriere von Schottky ein; verwendet in GaAs und anderen III-V Halbleiter-Materialien.
• Der MODFET (Modulationslackierter Feldwirkungstransistor) verwendet ein Quant gut durch das abgestufte Doping des aktiven Gebiets gebildete Struktur.
• Der MOSFET (Metalloxydhalbleiter-Feldwirkungstransistor) verwertet einen Isolator (normalerweise SiO) zwischen dem Tor und dem Körper.
• Der NOMFET ist eine Nanoparticle Organische Speicherfeldwirkung

Transistor.http://www.sciencedaily.com/releases/2010/01/100125122101.htm

• Der OFET ist ein Organischer Feldwirkungstransistor mit einem organischen Halbleiter in seinem Kanal.
• Der GNRFET ist ein Feldwirkungstransistor, der einen graphene nanoribbon für seinen Kanal verwendet.
• VeSFET (Feldwirkungstransistor des Vertikalen Schlitzes) ist ein quadratgeformter Verbindungspunkt weniger FET mit einem schmalen Schlitz, der die Quelle verbindet, und fließen Sie an entgegengesetzten Ecken ab. Zwei Tore besetzen die anderen Ecken, und kontrollieren den Strom durch den Schlitz. http://vestics.org/twiki/bin/view/Main/WebHome

http://www.ece.cmu.edu/~cssi/research/manufacturing.html

• Der TFET (Tunnel-Feldwirkungstransistor) basiert auf dem Band, um tunneling zu vereinigen

Vorteile von FET

Der Hauptvorteil des FET ist sein hoher Eingangswiderstand, auf der Ordnung 100M Ohm oder mehr. So ist es ein spannungsgesteuertes Gerät, und zeigt einen hohen Grad der Isolierung zwischen Eingang und Produktion. Es ist ein einpoliges Gerät, nur auf den Majoritätsstrom-Fluss abhängend. Es ist weniger laut und wird so in FM-Tunern für den ruhigen Empfang gefunden. Es ist zur Radiation relativ geschützt. Es stellt keine Ausgleich-Stromspannung am Nullabflussrohr-Strom aus und macht folglich ein ausgezeichnetes Signalhackmesser. Es hat normalerweise bessere Thermalstabilität als ein BJT.

Nachteile von FET

Es hat relativ niedriges Produkt der Gewinn-Bandbreite im Vergleich zu einem BJT. Der MOSFET hat einen Nachteil, gegen Überlastungsstromspannungen sehr empfindlich zu sein, so das spezielle Berühren während der Installation verlangend.

Gebrauch

IGBTs sehen Anwendung in der Schaltung innerer Verbrennungsmotor-Zündspulen, wo schnell die Schaltung und Stromspannungsblockieren-Fähigkeiten wichtig ist.

Der meistens verwendete FET ist der MOSFET. Der CMOS (Ergänzungsmetalloxydhalbleiter) Prozess-Technologie ist die Basis für moderne einheitliche Digitalstromkreise. Diese Prozess-Technologie verwendet eine Einordnung, wo (gewöhnlich "Erhöhungsweise") P-Kanal MOSFET und N-Kanal MOSFET der Reihe nach solch verbunden werden, dass, wenn man, der andere auf ist, aus ist.

Die zerbrechliche Isolieren-Schicht des MOSFET zwischen dem Tor und Kanal macht es verwundbar für den elektrostatischen Schaden während des Berührens. Das ist nicht gewöhnlich ein Problem, nachdem das Gerät in einem richtig bestimmten Stromkreis installiert worden ist.

In FETs Elektronen kann in jeder Richtung durch den Kanal, wenn bedient, in der geradlinigen Weise fließen, und die Namengeben-Tagung des Abflussrohr-Terminals und Quellterminals ist etwas willkürlich, weil die Geräte normalerweise (aber nicht immer) gebaut symmetrisch von der Quelle sind, um abzufließen. Das macht FETs passend, um analoge Signale zwischen (gleichzeitig sendenden) Pfaden zu schalten. Mit diesem Konzept kann man einen sich vermischenden Halbleitervorstands-zum Beispiel bauen.

Eine übliche Anwendung des FET ist als ein Verstärker. Zum Beispiel, wegen seines großen Eingangswiderstands und niedrigen Produktionswiderstands, ist es als ein Puffer im allgemeinen Abflussrohr (Quellanhänger) Konfiguration wirksam.

Siehe auch

• Chemischer Feldwirkungstransistor
• ISFET
• MOSFET
• FET Verstärker

Links

• PBS der Feldwirkungstransistor
• Verbindungspunkt-Feldwirkungstransistor
• Die Erhöhungsweise MOSFET
• CMOS Tor-Schaltsystem
• Das Gewinnen des Kampfs gegen Latchup im CMOS Analogon schaltet
• Nanotube FETs an IBM Research
• Feldwirkungstransistoren in der Theorie und Praxis
• Der Feldwirkungstransistor als eine Stromspannung kontrollierter Widerstand