Моп транзистор как расшифровывается

Полевые МОП транзисторы

МДП транзистор — это ещё один вид транзисторов, управляемых электрическим полем. МДП расшифровывается как металл-диэлектрик-полупроводник. Точно так же, как и в полевом транзисторе с , в этом виде полевых транзисторов применяется настолько тонкий канал, что он может быть перекрыт электрическим полем. В отличие от транзисторов с , в МДП транзисторах сечение канала изменяется не шириной , а непосредственно электрическим полем. Благодаря тому, что канал транзистора отделен от затвора диэлектриком, входное сопротивление этого вида транзисторов на низких частотах очень велико.

Наиболее распространенные МДП-транзисторы выполняются на кремнии. В них в качестве диэлектрика используется оксидная пленка. Так как оксид кремния является прекрасным диэлектриком, то такие транзисторы обладают отличными характеристиками и их легко сформировать на поверхности кристалла кремния. Подобные транзисторы получили название МОП-транзисторы. МОП расшифровывается как металл-окисел-полупроводник. Упрощённая конструкция полевого МОП-транзистора с встроенным каналом приведена на рисунке 1.


Рисунок 1. Упрощённая конструкция полевого МОП-транзистора с встроенным каналом

В данном транзисторе управление током, протекающим через транзистор производится изменением ширины канала между электродами истока и стока. В n-канальном МОП-транзисторе, конструкция которого приведена на рисунке 1, уменьшение тока достигается подачей отрицательного напряжения на затвор транзистора. При этом электроны из n-полупроводникового канала выталкиваются в подложку транзистора. В результате толщина канала уменьшается и его сопротивление возрастает.

Во многом принцип работы полевого подобен принципу работы полевого транзистора с , поэтому его входная и выходные характеристики похожи на характеристики полевого с . Влияние напряжения питания на ширину канала показано на рисунке 2.


Рисунок 2. Влияние напряжения на стоке полевого транзистора на ширину его канала

Наиболее распространенным материалом для соединения элементов микросхемы между собой и обеспечения омических контактов с полупроводниковым транзистором является алюминий. Для реализации омического контакта в кремнии формируется область повышенной концентрации неосновных носителей n+ или p+.

Из-за применения высокоомного материала кремния в канале, на нём по закону Ома образуется падение напряжения. Изменение напряжения на каждом участке канала приводит к изменению ширины слоя , формируемой отрицательным напряжением на затворе На рисунке 2 показано, как меняется ширина канала из-за изменения потенциала затвор-сток. при исходном напряжении на стоке показана в виде заштрихованной зоны. При увеличении напряжения на стоке эта область становится шире, что приводит к уменьшению ширины канала, а значит и увеличению его сопротивления. В результате ток через транзистор практически не зависит от напряжения на его стоке.

Условно-графическое обозначение отражает его внутреннее устройство. Канал изображается прямой линией, затвор — параллельной линией, отделенной диэлектриком, как в конденсаторе. Подложка изображается в виде стрелочки, показывающей куда будет протекать ток при прикладывании соответствующего напряжения. Условно-графическое обозначение полевых с встроенным каналом приведено на рисунке 3.


Рисунок 3. Условно-графическое обозначение полевых МОП-транзисторов с встроенным каналом

В ряде случаев то, что транзистор открыт при нулевом напряжении на его затворе является недостатком. В качестве примера можно назвать цифровые микросхемы или силовые ключи на транзисторах в DC/DC преобразователях. В качестве решения в подобных схемах используются полевые МОП транзисторы с индуцированным каналом.

Конструкция полевого транзистора с индуцированным каналом похожа на конструкцию транзистора, приведенную на рис. 1. Она показана на рис. 4.


Рисунок 4. Упрощённая конструкция полевого МОП-транзистора с индуцированным каналом

Первоначально никакого канала не существует и так как включены встречно, то один из этих переходов заперт. Соответственно ток через транзистор не протекает. Канал образуется за счет притяжения носителей заряда электрическим полем затвора полевого транзистора. Для формирования на затвор транзистора следует подать положительный потенциал. К поверхности полупроводникового кристалла притянутся электроны и между истоком и стоком транзистора будет протекать ток. Его величина будет зависеть от ширины канала, а значит от значения положительного напряжения, поданного на затвор МОП-транзистора с индуцированным затвором.

Вам понравится:  Как я резистор vectra b

В транзисторе канал формируется под диэлектриком при подаче отрицательного напряжения относительно полупроводника. Условно-графическое обозначение полевых МДП-транзисторов с индуцированным каналом приведено на рисунке 5. То, канал первоначально не существует, показано пунктирной линией.


Рисунок 5. Условно-графическое обозначение полевых МОП-транзисторов с индуцированным каналом

  • МОП-транзисторы легко производить на кремниевых кристаллах;
  • МОП-транзисторы занимают минимальную площадь на поверхности микросхемы.

Дата последнего обновления файла 29.07.2021

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Источник

MOSFET транзисторы

Полевой транзистор с изолированным затвором

На сегодняшний день, среди достаточного количества разновидностей транзисторов выделяют два класса: p-n – переходные транзисторы (биполярные) и транзисторы с изолированным полупроводниковым затвором (полевые).

Другое название, которое можно встретить при описании полевых транзисторов – МОП (металл – окисел – полупроводник). Обусловлено это тем, что в качестве диэлектрического материала в основном используется окись кремния (SiO2).

Еще одно, довольно распространенное название – МДП (металл – диэлектрик – полупроводник).

Немного пояснений. Очень часто можно услышать термины MOSFET, мосфет, MOS-транзистор. Данный термин порой вводит в заблуждение новичков в электронике.

Что же это такое MOSFET ?

MOSFET – это сокращение от двух английских словосочетаний: Metal-Oxide-Semiconductor (металл – окисел – полупроводник) и Field-Effect-Transistors (транзистор, управляемый электрическим полем). Поэтому MOSFET – это не что иное, как обычный МОП-транзистор.

Думаю, теперь понятно, что термины мосфет, MOSFET, MOS, МДП, МОП обозначают одно и тоже, а именно полевой транзистор с изолированным затвором.

Внешний вид одного из широко распространённых мосфетов – IRFZ44N.

Стоит помнить, что наравне с аббревиатурой MOSFET применяется сокращение J-FET (Junction – переход). Транзистор J-FET также является полевым, но управление им осуществляется за счёт применения в нём управляющего p-n перехода. В отличие от MOSFET’а, J-FET имеет немного иную структуру.

Принцип работы полевого транзистора.

Суть работы полевого транзистора заключается в возможности управления протекающим через него током с помощью электрического поля (напряжения). Этим он выгодно отличается от транзисторов биполярного типа, где управление большим выходным током осуществляется с помощью малого входного тока.

Упрощённая модель полевого транзистора с изолированным затвором.

Взглянем на упрощённую модель полевого транзистора с изолированным затвором (см. рис.). Поскольку мосфеты бывают с разным типом проводимости (n или p), то на рисунке изображён полевой транзистор с изолированным затвором и каналом n-типа.


Упрощённая модель полевого транзистора с изолированным затвором

Основу МДП-транзистора составляет:

Подложка из кремния. Подложка может быть как из полупроводника p-типа, так и n-типа. Если подложка p-типа, то в полупроводнике в большей степени присутствуют положительно заряженные атомы в узлах кристаллической решётки кремния. Если подложка имеет тип n, то в полупроводнике в большей степени присутствуют отрицательно заряженные атомы и свободные электроны. В обоих случаях формирование полупроводника p или n типа достигается за счёт введения примесей.

Области полупроводника n+. Данные области сильно обогащены свободными электронами (поэтому «+»), что достигается введением примеси в полупроводник. К данным областям подключаются электроды истока и стока.

Диэлектрик. Он изолирует электрод затвора от кремниевой подложки. Сам диэлектрик выполняют из оксида кремния (SiO2). К поверхности диэлектрика подключен электрод затвора – управляющего электрода.

Теперь в двух словах опишем, как это всё работает.

Если между затвором и истоком приложить напряжение плюсом ( +) к выводу затвора, то между металлическим выводом затвора и подложкой образуется поперечное электрическое поле. Оно в свою очередь начинает притягивать к приповерхностному слою у диэлектрика отрицательно заряженные свободные электроны, которые в небольшом количестве рассредоточены в кремниевой подложке.

В результате в приповерхностном слое скапливается достаточно большое количество электронов и формируется так называемый канал – область проводимости. На рисунке канал показан синим цветом. То, что канал типа n – это значит, что он состоит из электронов. Как видим между выводами истока и стока, и собственно, их областями n+ образуется своеобразный «мостик», который проводит электрический ток.

Вам понравится:  Bironi розетки ретро проводка

Между истоком и стоком начинает протекать ток. Таким образом, за счёт внешнего управляющего напряжения контролируется проводимость полевого транзистора. Если снять управляющее напряжение с затвора, то проводящий канал в приповерхностном слое исчезнет и транзистор закроется – перестанет пропускать ток. Следует отметить, что на рисунке упрощённой модели показан полевой транзистор с каналом n-типа. Также существуют полевые транзисторы с каналом p-типа.

Показанная модель является сильно упрощённой. В реальности устройство современного MOS-транзистора гораздо сложнее. Но, несмотря на это, упрощённая модель наглядно и просто показывает идею, которая была заложена в его устройство.

Кроме всего прочего полевые транзисторы с изолированным затвором бывают обеднённого и обогащённого типа. На рисунке показан как раз полевой транзистор обогащённого типа – в нём канал «обогащается» электронами. В мосфете обеднённого типа в области канала уже присутствуют электроны, поэтому он пропускает ток уже без управляющего напряжения на затворе. Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов обеднённого и обогащённого типа существенно различаются.

О различии MOSFET’ов обогащённого и обеднённого типа можно прочесть тут. Там же показано, как различные МОП-транзисторы обозначаются на принципиальных схемах.

Нетрудно заметить, что электрод затвора и подложка вместе с диэлектриком, который находится между ними, формирует своеобразный электрический конденсатор. Обкладками служат металлический вывод затвора и область подложки, а изолятором между этими электродами – диэлектрик из оксида кремния (SiO2). Поэтому у полевого транзистора есть существенный параметр, который называется ёмкостью затвора.

Об остальных важных параметрах мосфетов я уже рассказывал на страницах сайта.

Полевые транзисторы в отличие от биполярных обладают меньшими собственными шумами на низких частотах. Поэтому их активно применяют в звукоусилительной технике. Так, например, современные микросхемы усилителей мощности низкой частоты для автомобильных CD/MP3-проигрывателей имеют в составе MOSFET’ы. На приборной панели автомобильного ресивера можно встретить надпись «Power MOSFET» или что-то похожее. Так производитель хвастается, давая понять, что он заботится не только о мощности, но и о качестве звука.

Полевой транзистор, в сравнении с транзисторами биполярного типа, обладает более высоким входным сопротивлением, которое может достигать 10 в 9-й степени Ом и более. Эта особенность позволяет рассматривать данные приборы как управляемые потенциалом или по-другому – напряжением. На сегодня это лучший вариант создания схем с достаточно низким потреблением электроэнергии в режиме статического покоя. Данное условие особенно актуально для статических схем памяти имеющих большое количество запоминающих ячеек.

Если говорить о ключевом режиме работы транзисторов, то в данном случае биполярные показывают лучшую производительность, так как падение напряжений на полевых вариантах очень значительно, что снижает общую эффективность работы всей схемы. Несмотря на это, в результате развития технологии изготовления полупроводниковых элементов, удалось избавиться и от этой проблемы. Современные образцы обладают малым сопротивлением канала и прекрасно работают на высоких частотах.

В результате поисков по улучшению характеристик мощных полевых транзисторов был изобретён гибридный электронный прибор – IGBT-транзистор, который представляет собой гибрид полевого и биполярного. Подробнее о IGBT-транзисторе можно прочесть здесь.

Источник

Принцип работы полевого МОП-транзистора

Содержание статьи

Устройство и основные характеристики МОП-транзисторов

МОП-транзистор (MOSFET, «металл-оксид-полупроводник») – полевой транзистор с изолированным затвором (канал разделен с затвором тонким диэлектрическим слоем). Другое название МОП-транзистора – униполярный. Основные области применения таких приборов – выполнение функций электронного переключателя и усилителя электронных сигналов в старой и современной системотехнике.

Практически все типы MOSFET имеют три вывода:

Исток – источник носителей зарядов. Является аналогом эмиттера в биполярном приборе.

Сток. Служит для приема носителей заряда от истока. Аналог коллектора биполярного транзистора.

Затвор. Выполняет функции управляющего электрода. Аналог в биполярном устройстве – база.

Вам понравится:  Гитара на ваз 2106 схема подключения

Особая категория – транзисторы с несколькими затворами. Они применяются в цифровой технике для организации логических элементов или в качестве ячеек памяти EEPROM.

Основные характеристики униполярных транзисторов, учитываемые при выборе нужного прибора:

в открытом состоянии – внутреннее сопротивление и наибольшее значение допустимого постоянного тока;

в закрытом состоянии – максимально допустимое напряжение прямого типа.

Отличие униполярных транзисторов от биполярных

МОП-транзистор управляется электрополем, которое создается напряжением, приложенным к затвору относительно истока. Полярность прилагаемого напряжения определяется видом канала транзистора (p или n). В отличие униполярных биполярные транзисторы управляются электрическим током. Ток во всех типах этих полупроводников формируется двумя типами зарядов – электронами и дырками.

Полевые (униполярные) транзисторы в отличие от биполярных обладают меньшими собственными шумами в низкочастотном диапазоне. Это свойство обеспечивает их эффективную работу в звукоусилительных устройствах. MOSFET применяют в микросхемах низкочастотных усилителей в автомобильных проигрывателях.

Типы МОП-транзисторов

Униполярные транзисторы делятся на p-канальные или n-канальные. Они могут иметь:

Собственный (встроенный) канал. Без напряжения канал открыт. Для закрытия канала необходимо подать ток определенной полярности.

Индуцированный (инверсный) канал. При отсутствии приложенного электротока он закрыт. Для его открытия прикладывают напряжение нужной полярности. Для n-канальных транзисторов отпирающим является напряжение, положительное относительно истока. Его величина должна быть больше порогового значения, установленного для данного транзистора. Для p-канальных моделей отпирающим будет отрицательное относительно истока напряжение, приложенное к затвору.

Принцип работы МОП-транзисторов на примере прибора с n-проводимостью

В схему униполярного транзистора с изолированным затвором и n-проводимостью входят:

Кремниевая подложка. В подложке n-типа в узлах кристаллической решетки кремния присутствуют отрицательно заряженные атомы и свободные электроны, что достигается введением специальных примесей.

Диэлектрик. Служит для изоляции кремниевой подложки от электрода затвора. В качестве диэлектрика используется оксид кремния.

В большинстве MOSFET исток транзистора подключается к полупроводниковой подложке. Между стоком и истоком формируется «паразитный» диод. Ликвидировать отрицательные последствия появления такого диода и даже использовать в положительных целях позволяет его подключение анодом к истоку в n-канальных полевых транзисторах, анодом к стоку – в p-канальных приборах.

  1. Между затвором и истоком прикладывается плюсовое напряжение к затвору.
  2. Между металлическим выводом затвора и подложкой появляется электрическое поле.
  3. Электрическое поле притягивает к приповерхностному слою диэлектрика свободные электроны, ранее распределенные в кремниевой подложке.
  4. В приповерхностном слое появляется область проводимости (канал) n-типа, состоящая из свободных электронов.
  5. Между выводами стока и истока появляется «мост», проводящий электрический ток.
  6. Проводимость полевого транзистора регулируется величиной внешнего управляющего напряжения. При его снятии проводящий «мостик» исчезнет и прибор закроется.

Аналогично работает МОП-транзистор p-типа. Показанный выше принцип работы является упрощенным. Приборы, используемые на практике в схемотехнике, имеют более сложное устройство и, следовательно, более сложный принцип работы.

Преимущества и недостатки МОП-транзисторов

Униполярные транзисторы имеют довольно широкое распространение в современной системотехнике благодаря ряду преимуществ, среди которых:

  • возможность мгновенного переключения;
  • отсутствие вторичного пробоя;
  • хорошая эффективность работы при низких напряжениях;
  • стабильность при температурных колебаниях;
  • низкий уровень шума при работе;
  • большой коэффициент усиления сигнала;
  • экономичность в плане энергопотребления;
  • меньшее количество технологических операций при построении схем с использованием МОП-транзисторов по сравнению с применением биполярных приборов.

Применение этих приборов ограничивают следующие недостатки:

Важнейший минус – повышенная чувствительность к статическому электричеству. Тонкий слой оксида кремния легко повреждается электростатическими зарядами, поэтому МОП-приборы могут выйти из строя даже при прикосновении к прибору наэлектризованными руками. Современные устройства практически лишены этого недостатка благодаря корпусам, способным минимизировать воздействие статики. Также в них могут интегрироваться защитные устройства по типу стабилитронов.

Появление нестабильности работы при напряжении перегрузки.

Разрушение структуры, начиная от температуры +150 °C. У биполярных приборов критической является температура +200 °C.

Постоянный поиск по получению хороших эксплуатационных свойств высокомощных униполярных транзисторов привел к изобретению гибридного IGBT-транзистора. Эти устройства объединили лучшие качества биполярного и полевых транзисторов.

Источник

Оцените статью
Частотные преобразователи
Adblock
detector