Полевой МОП транзистор – устройство и принцип работы
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.
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:
управляющее напряжение;
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.
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.
Принцип работы:
- Между затвором и истоком прикладывается плюсовое напряжение к затвору.
- Между металлическим выводом затвора и подложкой появляется электрическое поле.
- Электрическое поле притягивает к приповерхностному слою диэлектрика свободные электроны, ранее распределенные в кремниевой подложке.
- В приповерхностном слое появляется область проводимости (канал) n-типа, состоящая из свободных электронов.
- Между выводами стока и истока появляется «мост», проводящий электрический ток.
- 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.
Была ли статья полезна?
Да
Нет
Оцените статью
Что вам не понравилось?
Анатолий Мельник
Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.
Транзистор МОП-принцип работы, структура, основные характеристики
Мощный МОП-транзистор или как его еще называют «металлоокисный полупроводник». Трехслойная структура транзистора Металл – Оксид – Полупроводник. Он обладает рядом достоинств перед транзисторами биполярного типа. Эти свойства выражается и при действии транзистора в линейном режиме и в режиме переключения.
Основные преимущества МОП-транзисторов
- Мгновенное переключение;
- Нет вторичного пробоя;
- Безопасная работа характеризуется широкой областью;
- Высокий коэффициент усиления.
- Более высокое входное сопротивление.
- Небольшое потребление электроэнергии.
- При компоновке интегральных схем с использованием МОП-транзисторов задействуется относительно небольшое количество операций, чем с применением биполярных транзисторов.
Применение МОП-транзисторов
Использование в конструкции импульсных источников питания высокой частоты в качестве дискретных компонентов, в устройствах инверторного преобразования и регуляторах скорости электродвигателей различного типа. Использование их в конструкции высокочастотных генераторов применяемых для индукционного нагрева, в ультразвуковых генераторах, усилителях звука и устройствах периферийного назначения для компьютеров. Использование транзисторов в регуляторах скорости ограниченно низким напряжением (подключением к аккумуляторам) и небольшой мощностью, потому как кремниевая поверхность способна выдержать высокое напряжение в закрытом состоянии и низкое падение в открытом состоянии.
Работа МОП-транзистора
Принцип действия прибора зависит от изменения в полупроводнике электрического поля, происходит поляризация изолированного затвора. Такое действие вызвало название элемента, как « металлоокисный полупроводник». Он представляет собой прибор, в котором для изготовления затвора использовалась двуокись кремния SiO2, для современных МОП-транзисторов в качестве материала для затвора применяют поликристаллический кремний. Существует два типа МОП-транзисторов. Первые имеют дырочную проводимость – р-канальные. Транзисторы с электронной проводимостью называются n-канальными. Канал в этих полупроводниковых приборах может быть обедненным или наоборот обогащенным носителями.
Рис. №1. Базовая структура МОП-транзистора с гексагональной топологией. Положительный вывод истока по отношению к стоку создает протекание тока через середину ячейки истока посредством прямо смещенного p—n-перехода. Обратное направление транзистора характерно для работы выпрямителя на на p—n-переходе.
Основные характеристики транзистора
- Напряжение управления: обеспечение проводимости и блокировки компонента;
- В открытом состоянии (проводящем) характеризуется внутренним сопротивлением и максимально допустимым постоянным током.
- В закрытом состоянии (не проводящем) транзистор характеризуется максимально допустимым напряжением прямого типа (более 1000В).
- Использование подобных транзисторов в регуляторах скорости позволяет работать на частоте в границах до нескольких сотен кГц.
Главные типы МОП-транзисторов
- Транзистор с индуцированным каналом, считающимся доминирующим элементом в новейших интегральных схемах. Прибор характеризуется положительным пороговым напряжением, от 0,5 до 1 В.
- МОП-транзистор со встроенным каналом
Рис. №2. а) структура МОП ПТ с индуцированным каналом. б) графическое изображение.
МОП-транзистор со встроенным каналомПодобный прибор обладает ненулевым значением тока, называемым начальным, при этом напряжение имеет нулевое значение. Действует в режиме обеднения и обогащения.
Рис. №3. МОП ПТ с встроенным каналом: а) транзисторная структура; б) графическое изображение.
Меры безопасности при работе с МОП-транзисторами большой мощности
Тестировать МОП-транзисторы и монтировать их в схему необходимо с осторожностью. Хотя большая емкость и позволяет поглощать статический разряд, он все равно может повредить их. При проведении рабочих операций с МОП-транзисторами большой мощности необходимо следовать определенным правилам.
- Содержать приборы необходимо в специальной проводящей и антистатической таре.
-
Категорически запрещается брать МОП-транзистор за выводы, только за корпус.
- При проверке мощного МОП-транзистора на характериографе или тестировании с помощью тестовой схемы нужно придерживаться строгих правил.
- Тестовая станция должна быть оборудована проводящими полами и заземленными ковриками.
- До установки элемента в схему нежелательно подавать напряжение до надежного соединения выводов.
- При пользовании характериографом необходимо резистор соединять с затвором последовательно, это делается для гашения паразитной генерации, появляющейся в активном режиме. Резистор при часто повторяющихся испытаниях лучше всего держать в контактном гнезде.
- Переключение тестовых диапазонов требует снижение тока и напряжения до нулевого значения, это делается для того, чтобы избежать появления потенциально разрушающих выбросов напряжения при действии по переключению диапазонов.
- При включении транзистора в схему необходимо пользоваться рабочими станциями на заземленных столах и пользоваться напольными матами.
- Паяльники оборудуются защитным заземлением.
- Для надежной работы транзистора в схеме необходимо опасаться неожиданных выбросов напряжения сток – исток.
Избыточное напряжение может пробить слой окисла затвор-исток, что приведет к выходу из строя элемента.
Переходное напряжение затвор – исток, обладающее отрицательным направлением появляется при наличии индуктивности изолирующего трансформатора запуска, индуктивность хорошо отделяет затвор от запускающей схемы в процессе перехода. Напряжение перехода при этих условиях превышает напряжение затвора, что также ведет к отказу. Для решения подобной проблемы рекомендуется использовать диод Зенера, он предотвращает превышение допустимых значений напряжения затвор-исток. Еще одним эффективным решением для противодействия отказу будет снижение импеданса схемы затвора до самой малой величины, лишь бы сохранить номинал напряжения затвор-исток и поддерживать переходные процессы на уровне, при котором не возникает случайное включение.
Диод Зенера фиксирует уровень положительных процессов перехода, он в автоматическом режиме фиксирует переходные процессы, действующие в отрицательном направлении, ограничивает их своим падением напряжения обладающим прямой проводимостью.
Основные правила при использовании мощных МОП ПТ
- Необходимо остерегаться выбросов напряжения сток-исток, которые появляются при переключениях.
- Нельзя превышать параметры пикового тока
- Не рекомендуется работать на среднем значении тока, выше нормированного значения.
- Желательно оставаться в заданных температурных пределах.
- Обязательно нужно обращать внимание на топология схемы.
- Необходимо соблюдать осторожность, применяя интегральный диод тело-сток.
- Нужно соблюдать предельную внимательность, сравнивая нормы токовых значений.
Обладая огромными преимуществами, мощные полевые транзисторы МОП при правильном применении служат для улучшения конструкции системы, которая при обладании меньшим количеством элементом может быть лучше, компактнее, функциональнее, чем аналогичные приборы, но другой компоновки и типа.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Похожее
Полевые транзисторы
Полевые транзисторы — это полупроводниковые приборы, которые становятся все более популярными в современной электронике. Их работа основана на использовании полупроводникового токонесущего канала, сопротивление которого управляется электрическим полем.Тем самым обеспечивается управление величиной тока, протекающего по каналу.
Полевые транзисторы называют также униполярными транзисторами, поскольку перенос заряда в них осуществляется только основными носителями. Ток этих носителей протекает в полупроводнике только одного типа — или n-типа, или p-типа. В отличие от полевого работа обычного транзистора основана на переносе как неосновных, так и основных носителей заряда. Это связано с тем, что ток в них протекает через прямосмещенный переход база-эмиттер (основные носители) и обратносмещенный переход база-коллектор (неосновные носители). Поэтому обычные транзисторы называют биполярными транзисторами.
У полевого транзистора три электрода: исток s (source), затвор g (gate) и сток d (drain). Эти электроды соответствуют эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора.
Полевые транзисторы малы по размерам и имеют очень высокое входное сопротивление.Они менее чувствительны к изменениям температуры по сравнению с биполярными транзисторами и поэтому менее склонны к тепловому пробою. Следует также отметить простоту разработки схем на основе полевых транзисторов, в которых используется меньше компонентов, чем в аналогичных схемах на биполярных транзисторах.
Полевые транзисторы просты в изготовлении и лучше подходят для использования в интегральных схемах, чем их собратья — биполярные транзисторы.
Существуют два типа полевых транзисторов: транзисторы с управляющим pn-переходом и транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП-транзистор).
Транзистор с управляющим pn-переходом
Рассмотрим канал из полупроводника n-типа (канал n-типа), к которому приложено постоянное напряжение VDD(рис. 26.1(а)). По каналу от тока к истоку будет протекать ток, называемый током стока Id. Если теперь внутри п-канала путем диффузии создать область р-типа, называемую затвором (рис. 26.1(б)), то образуется рп-переход. Точно так же, как в случае обычного рп-перехода, в области перехода формируется слой, обедненный основными носителями заряда. Видно, что обедненный слой ограничивает протекание тока по каналу, уменьшая эффективную ширину последнего. Другими словами, он увеличивает сопротивление канала. Ширину обедненного слоя можно увеличить, т. е. еще больше ограничить протекание тока, если подать на переход напряжение VGS, которое сместит переход в обратном направлении (рис. 26.1(б)). Изменяя величину напряжения обратного смещения на затворе, можно управлять величиной тока стока ID. На рис. 26.2 показано поперечное сечение структуры полевого транзистора рассматриваемого типа.
Рис. 26.1. Принцип работы полевого транзистора с управляющим рп-переходом.
Рис. 26.2. Поперечное сечение структуры
полевого транзистора с управляющим рп-переходом.
Рис. 26.3. Условные обозначения транзисторов
с управляющим рп-переходом.
Применяются также полевые транзисторы с каналом p-типа, питаемые от источника отрицательного напряжения – VDD. Условные обозначения обоих типов транзисторов с управляющим pn-переходом приведены на рис. 26.3.
Выходные характеристики
Семейство выходных характеристик транзистора с управляющим рп-переходом в схеме с общим истоком показано на рис. 26.4. Они аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора. Эти характеристики показывают зависимость выходного тока ID от выходного напряжения VDS(напряжения между стоком и истоком) для заданных Значений напряжения на затворе VGS(напряжения между затвором и истоком).
Диапазон изменения смещающего напряжения затвор-исток довольно велик (несколько вольт) в отличие от биполярного транзистора, где напряжение база-эмиттер практически постоянно.
Видно, что при увеличении (по абсолютной величине) напряжения на затворе ток стока уменьшается. Это уменьшение происходит до тех пор, пока расширяющийся обедненный слой перехода затвор-канал не перекроет весь канал, останавливая протекание тока. В этом случае говорят, что полевой транзистор находится в состоянии отсечки.
Напряжение отсечки
рассмотрим выходную характеристику для VGS= 0 (рис. 26.4). При увеличении напряжения VDS(от нулевого значения) ток стока постепенно увеличивается, пока не достигает точки Р, после которой величина тока практически не изменяется. Напряжение в точке Р называется напряжением отсечки. При этом напряжении обедненный слой, связанный с обратносмещенным переходом затвор-канал, почти полностью перекрывает канал. Однако протекание тока IDв этой точке не прекращается, поскольку благодаря этому току как раз и создается обедненный слой. Все кривые семейства выходных характеристик имеют свои точки отсечки: P1, P2 и т. д. Если соединить эти точки друг с другом линией, то правее ее лежит область отсечки, являющаяся рабочей областью полевого транзистора.
Усилитель на полевом транзисторе с общим истоком
Схема типичного усилителя ЗЧ на полевом транзисторе показана на рис. 26.5. В этой схеме через резистор утечки R1 отводится на шасси очень малый ток утечки затвора. Резистор R3 обеспечивает необходимое обратное смещение, поднимая потенциал истока выше потенциала затвора.
Рис. 26.4. Семейство выходных характеристик транзистора с управляющим рп-переходом.
Рис. 26.5. УЗЧ на п-канальном полевом транзисторе с управляющим рп-переходом.
Кроме того, этот резистор обеспечивает также стабильность режима усилителя по постоянному току. R2 – нагрузочный резистор, который может иметь очень большое сопротивление (до 1,5 МОм). Развязывающий конденсатор С2 в цепи истока устраняет отрицательную обратную связь по переменному току через резистор R3. Следует отметить, что разделительный конденсатор С1 может иметь небольшую емкость (0,1 мкФ) благодаря высокому входному сопротивлению полевого транзистора.
При подаче сигнала на вход усилителя изменяется ток стока, вызывая, в свою очередь, изменение выходного напряжения на стоке транзистора. Во время положительного полупериода входного сигнала напряжение на затворе увеличивается в положительном направлении, обратное напряжение смещения перехода затвор-исток уменьшается и, следовательно, увеличивается ток IDполевого транзистора. Увеличение ID приводит к уменьшению выходного (стокового) напряжения, и на выходе воспроизводится отрицательный полупериод усиленного сигнала. И наоборот, отрицательному полупериоду входного сигнала соответствует положительный полупериод выходного сигнала. Таким образом, входной и выходной сигналы усилителя с общим истоком находятся в противофазе.
Одно из преимуществ полевого транзистора – очень малый ток утечки затвора, величина которого не превышает нескольких пикоампер (10-12 A). Поэтому в схеме усилителя па рис. 26.5 затвор находится практически при нулевом потенциале. Ток полевого транзистора протекает от стока к истоку и обычно отождествляется с током стока ID (который, очевидно, равен току истока IS).
Рассмотрим схему на рис. 26.5. Полагая ID = 0,2 мА, вычисляем потенциал истока: VS = 0,2 мА · 5 кОм = 1 В. Это величина напряжения обратного смещения управляющего pn-перехода.
Падение напряжения на резисторе R2 = 0,2 мА · 30 кОм = 6 В.
Потенциал стока VD = 15 – 6 = 9 В.
Линия нагрузки
Линию нагрузки можно начертить точно так же, как для биполярного транзистора. На рис. 26.6 показана линия нагрузки для схемы па же. 26.5.
Если ID = 0, то VDS= VDD = 15 В. Это точка Х на линии нагрузки.
Если VDS= 0, то почти все напряжение VDDисточника питания падает на резисторе R2. Следовательно, ID = VDD / R2= 15 В / 30 кОм = 0,5 мА. Это точка Y на линии нагрузки. Рабочая точка Q выбирается таким образом, чтобы транзистор работал в области отсечки.
Выбранная рабочая точка Q (точка покоя) на рис. 26.6 определяется величинами: ID = 0,2 мА, VGS= — 1 В, VDS= 9 В.
МОП-транзистор
В полевом транзисторе этого типа роль затвора играет металлический электрод, электрически изолированный от полупроводника тонкой пленкой диэлектрика, в данном случае оксида. Отсюда и название транзистора «МОП» — сокращение от «металл-оксид-полупроводник».
Канал п-типа в МОП-транзисторе формируется за счет притяжения электронов из подложки р-типа диэлектрическим слоем затвора (рис. 26.7). Ширину канала можно изменять, подавая на затвор электрический потенциал. Подача положительного (относительно подложки)
Рис. 26.6. Линия нагрузки усилителя на полевом транзисторе (рис. 26.5).
Рис. 26.7. Поперечное сечение МОП-транзистора.
потенциала приводит к расширению канала п-типа и увеличению тока через этот канал, подача отрицательного потенциала вызывает сужение канала и уменьшение тока. Для МОП-транзистора с каналом р-типа ситуация изменяется на обратную.
Существует два типа МОП-транзисторов: транзисторы, работающие в режиме обогащения, и транзисторы, работающие в режиме обеднения. Транзистор, работающий в режиме обогащения, находится в состоянии отсечки тока (нормально выключен), когда напряжение смещения VGS= 0.
Рис. 26.8. Выходные характеристики МОП-транзистора с каналом п-типа, работающего в режиме обогащения, и условное обозначение этого транзистора.
Рис. 26.9. Выходные характеристики МОП-транзистора с каналом n-типа, работающего в режиме обеднения, и условное обозначение этого транзистора.
Протекание тока начинается только при подаче напряжения смещения на затвор. Выходные характеристики п-канального МОП-транзистора с каналом п-типа, работающего в режиме обогащения, и его условное обозначение показаны на рис. 26.8.
МОП-транзистор, работающий в режиме обеднения, проводит ток, когда напряжение смещения на затворе отсутствует (нормально включен). Для МОП-транзистора с каналом n-типа ток стока увеличивается при подаче на затвор положительного напряжения и уменьшается при подаче отрицательного напряжения (рис. 26.9).
Условное обозначение МОП-транзистора с каналом р-типа показано на рис. 26.10. Заметим, что прерывающаяся жирная линия указывает на МОП-транзистор, работающий в режиме обогащения (нормально выключен).
Рис. 26.10. Условное обозначение МОП-транзистора с каналом р-типа.
Рис. 26.11. Усилитель на МОП-транзисторе с каналом р-типа, работающий в режиме обеднения.
Сплошная линия используется для обозначения МОП-транзистора, работающего в режиме обеднения (нормально включен). Вывод подложки обозначается буквой «Ь», обычно он соединяется с выводом истока. На рис. 26.11 схема типичного усилителя с общим истоком на МОП-транзисторе с каналом р-типа, работающего в режиме обеднения. Используется источник питания с отрицательным напряжением. Положительное напряжение смещения между затвором и истоком VGSсоздается обычным образом с помощью резистора R3 в цепи истока.
В этом видео рассказывается о типах полевых транзисторов:
Добавить комментарий
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Полевой транзистор – это полупроводниковый преобразовательный прибор, в котором ток, текущий через канал, управляется электрическим полем, возникающим при приложении напряжения между затвором и истоком. Предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.
Полевые
транзисторы применяются в усилительных каскадах с большим входным
сопротивлением, ключевых и логических устройствах, при изготовлении микросхем.
Принцип действия полевых
транзисторов снован на использовании носителей
заряда только одного знака (электронов или дырок). Управление током, осуществляется изменением проводимости канала, через который
протекает ток транзистора под воздействием электрического поля. Поэтому эти
транзисторы называют полевыми.
По способу создания канала различают полевые транзисторы с затвором в виде управляющего р-n- перехода и с изолированным затвором (МДП — или МОП — транзисторы): встроенным каналом и индуцированным каналом.
В зависимости от проводимости канала полевые транзисторы делятся на полевые транзисторы с каналом р- типа и полевые транзисторы с каналом n- типа. Канал р- типа обладает дырочной проводимостью, а n- типа – электронной.
Полевой транзистор с управляющим р-n- переходом – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала р-n-переходом, смещенным в обратном направлении.
Устройство полевого транзистора с управляющим р-n-переходом (каналом n- типа)
Условное обозначение полевого транзистора с р-n-переходом и каналом n- типа (а), каналом р- типа (б)
Каналом полевого
транзистора называют область в полупроводнике, в которой ток основных носителей
заряда регулируется изменением ее поперечного сечения. Электрод, через который в канал входят носители заряда, называют
истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда — сток. Электрод, для регулирования поперечного сечения канала
за счет управляющего напряжения — затвор.
Управляющее
(входное) напряжение подается между затвором и истоком. Напряжение Uзи является
обратным для обоих р-n-
переходов. Ширина р-n- переходов, а, следовательно,
эффективная площадь поперечного сечения канала, его сопротивление и ток в канале
зависят от этого напряжения. С его ростом расширяются р-n- переходы, уменьшается площадь сечения
токопроводящего канала, увеличивается его сопротивление, а, следовательно,
уменьшается ток в канале. Следовательно, если между истоком и стоком включить
источник напряжения Uси, то силой тока
стока Iс, протекающего
через канал, можно управлять путем изменения сопротивления (сечения) канала с
помощью напряжения, подаваемого на затвор. На этом принципе и основана работа
полевого транзистора с управляющим р-n- переходом.
При напряжении Uзи = 0 сечение канала наибольшее, его сопротивление наименьшее и ток Iс получается наибольшим. Ток стока Iс нач при Uзи = 0 называют начальным током стока. Напряжение Uзи, при котором канал полностью перекрывается, а ток стока Iс становится весьма малым (десятые доли микроампер), называют напряжением отсечки Uзи отс.
Статические характеристики полевого транзистора с управляющим р-n- переходом
Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора с р-n- переходом и каналом n- типа, отражают зависимость тока стока от напряжения Uси при фиксированном напряжении Uзи: Ic = f(Uси) при Uзи = const.
Вольт-амперные характеристики полевого транзистора с р-п- переходом и каналом п- типа: а – стоковые; б – стокозатворная
Особенностью
полевого транзистора является то, что на проводимость канала оказывает влияние и управляющее
напряжение Uзи, и
напряжение Uси. При Uси = 0 выходной ток
Iс = 0. При Uси >
0 (Uзи = 0) через канал
протекает ток Ic,
в результате создается падение напряжения, возрастающее в направлении
стока. Суммарное падение напряжения участка исток-сток равно Uси. Повышение
напряжения Uси вызывает
увеличение падения напряжения в канале и уменьшение его сечения, а
следовательно, уменьшение проводимости канала. При некотором напряжении Uси происходит
сужение канала, при котором границы обоих р-n- переходов сужаются и сопротивление
канала становится высоким. Такое напряжение Uси называют напряжением насыщения Uси нас. При подаче на
затвор обратного напряжения Uзи происходит
дополнительное сужение канала, и его перекрытие наступает при меньшем значении
напряжения Uси нас. В рабочем
режиме используются пологие участки выходных характеристик.
Полевые транзисторы с изолированным затвором
У полевого
транзистора с изолированным затвором (МДП — транзистор), затвор отделен в электрическом отношении от канала слоем
диэлектрика. МДП —
транзисторы в
качестве диэлектрика используют оксид кремния SiO2. Другое название таких
транзисторов – МОП — транзисторы ( металл-окисел-полупроводник).
Принцип действия МДП — транзисторов основан на изменении проводимости поверхностного слоя полупроводника под воздействием поперечного электрического поля. Поверхностный слой, является токопроводящим каналом этих транзисторов. МДП — транзисторы выполняют двух типов – со встроенным каналом и с индуцированным каналом.
Конструкция МДП — транзистора со встроенным каналом n-типа. В
исходной пластинке кремния р- типа с относительно высоким удельным
сопротивлением, с помощью диффузионной технологии
созданы две легированные области с противоположным типом
электропроводности – n.
На эти области нанесены металлические электроды – исток и сток. Между истоком и
стоком имеется поверхностный канал с электропроводностью n- типа. Поверхность
кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем диэлектрика. На этот слой нанесен металлический электрод –
затвор. Наличие слоя диэлектрика позволяет подавать
на затвор управляющее напряжение обеих полярностей.
При подаче на затвор положительного напряжения,создающимся электрическим полем дырки из канала будут выталкиваться в подложку, а электроны — из подложки в канал. Канал обогащается – электронами, и его проводимость увеличивается при возрастании ток стока . Это называется режим обогащения.
При подаче на затвор отрицательного напряжения, относительно истока, в канале создается электрическое поле, под влиянием которого электроны выталкиваются из канала в подложку, а дырки втягиваются из подложки в канал. Канал обедняется основными носителями заряда, проводимость уменьшается, а ток стока уменьшается. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.
В таких
транзисторах при Uзи = 0, если
приложить напряжение между стоком и истоком (Uси >
0), протекает ток стока Iс нач, называемый
начальным и, представляющий собой поток электронов.
Канал
проводимости тока не создается, а образуется
благодаря притоку электронов из полупроводниковой пластины, при
приложения к затвору напряжения положительной полярности относительно истока.
При отсутствии этого напряжения канала нету, и между истоком и стоком n-типа расположен только
кристалл р- типа, а на одном из р-n- переходов получается обратное
напряжение. В этом состоянии сопротивление между истоком и стоком велико,
и транзистор заперт. Но при подаче на затвор положительное напряжение, под влиянием поля затвора электроны будут перемещаться из областей истока и
стока и из р- области к затвору. Когда напряжение
затвора превысит пороговое значение Uзи пор, в
поверхностном слое концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и произойдет инверсия типа электропроводности, индуцируется
токопроводящий канал n-типа, соединяющий области истока и
стока. Транзистор начинает проводить ток. Чем больше положительное напряжение
затвора, тем больше проводимость канала и ток стока. Транзистор с
индуцированным каналом может работать только в режиме обогащения.
Условное обозначение МДП — транзисторов:
а − со встроенным каналом n- типа;
б − со встроенным каналом р- типа;
в − с выводом от подложки;
г − с индуцированным каналом n- типа;
д − с индуцированным каналом р- типа;
е − с выводом от подложки.
Статические характеристики полевых МДП — транзисторов.
При Uзи = 0 через прибор протекает ток, определяемый исходной проводимостью канала. В случае приложения к затвору напряжения Uзи < 0 поле затвора оказывает отталкивающее действие на электроны – носители заряда в канале, что приводит к уменьшению их концентрации в канале и проводимости канала. Вследствие этого стоковые характеристики при Uзи < 0 располагаются ниже кривой, соответствующей Uзи = 0.
При подаче на
затвор напряжения Uзи >
0 поле затвора притягивает электроны в канал из полупроводниковой пластины р- типа. Концентрация носителей заряда в канале увеличивается,
проводимость канала возрастает, ток стока Iс увеличивается.
Стоковые характеристики при Uзи >
0 располагаются выше исходной кривой при Uзи = 0.
Отличие стоковых характеристик заключается в том, что управление током транзистора осуществляется напряжением одной полярности, совпадающей с полярностью напряжения Uси. Ток Ic = 0 при Uси = 0, в то время как в транзисторе со встроенным каналом для этого необходимо изменить полярность напряжения на затворе относительно истока.
Параметры МДП — транзисторов аналогичны параметрам полевых транзисторов с р-n- переходом. По входному сопротивлению МДП — транзисторы имеют лучшие показатели, чем транзисторы с р-n- переходом.
схемы включения
Полевой транзистор можно включать с общим истоком-а (ОИ), общим стоком-в (ОС) и общим затвором-б (ОЗ).
Чаще всего применяется схема с ОИ. Каскад с общим истоком дает очень большое усиление тока и мощности.

усилительный каскад на полевых транзисторах
Схема усилителя, выполненного по схеме с ОИ.
Транзистор в режиме покоя обеспечивается постоянным током стока Iсп и
соответствующим ему напряжением
сток-исток Uсип. Этот режим
обеспечивается напряжением смещения на затворе полевого транзистора Uзип. Это напряжение
возникает на резисторе Rи при прохождении
тока Iсп (URи = Iсп Rи) и прикладывается
к затвору благодаря гальванической связи через резистор R3. Резистор Rи, кроме
обеспечения напряжения смещения затвора, используется также для температурной
стабилизации режима работы усилителя по постоянному току, стабилизируя Iсп. Чтобы на
резисторе Rи не выделялась
переменная составляющая напряжения, его шунтируют конденсатором Си. Этим и
обеспечивают постоянство коэффициента усиления каскада.
Mosfet — что это? Проверка транзисторов
В статье вы узнаете про транзисторы MOSFET, что это, какие схемы включения бывают. Есть тип полевого транзистора, у которого вход электрически изолирован от основного тока несущего канала. И поэтому называется он полевой транзистор с изолированным затвором. Наиболее распространенным типом такого полевого транзистора, который используется во многих типах электронных схем, называется полевой транзистор металл-оксид-полупроводник на основе перехода или же МОП-транзистор (сокращенная аббревиатура этого элемента).
МОП-транзистор представляет собой управляемый напряжением полевой транзистор, который отличается от полевого тем, что он имеет «металл-оксид» электрод затвора, который электрически изолирован от основного полупроводника п-каналом или каналом р-типа с очень тонким слоем изолирующего материала. Как правило, это диоксид кремния (а если проще, то стекло).
полевые, МОП-транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление.

Отличия МОСФЕТ от полевых транзисторов
Основное отличие от полевых в том, что МОП-транзисторы выпускаются в двух основных формах:
- Истощение – транзистор требует напряжения затвор-исток для переключения устройства в положение «Откл». Режим истощения МОП-транзистора эквивалентно «нормально закрытому» переключателю.
- Насыщение – транзистор требует напряжения затвор-исток, чтобы включить устройство. Режим усиления МОП-транзистора эквивалентно коммутатору с «нормально замкнутыми» контактами.
Графические обозначения транзисторов на схемах
Линия между соединениями стока и истока представляет собой полупроводниковый канал. Если на схеме, на которой изображены MOSFET транзисторы, она представлена жирной сплошной линией, то элемент работает в режиме истощения. Так как ток из стока может протекать с нулевым потенциалом затвора. Если линия канала показана пунктиром или ломанной, то транзистор работает в режиме насыщения, так как течет ток с нулевым потенциалом затвора. Направление стрелки указывает на проводящий канал, р-типа или полупроводниковый прибор п-типа. Причем отечественные транзисторы обозначаются точно так же, как и зарубежные аналоги.
Базовая структура MOSFET транзистора
Конструкция MOSFET (что это, рассказано в статье подробно) очень отличается от полевых. Оба типа транзисторов используют электрическое поле, создаваемое напряжением на затворе. Чтобы изменить поток носителей заряда, электронов для п-канала или отверстия для р-канала, через полупроводящий канал сток-исток. Электрод затвора помещен на вершине очень тонким изолирующим слоем, и есть пара небольших областей п-типа только под сток и исток электродов.
При помощи изолированного устройства затвора для МОП-транзистора никаких ограничений не применяется. Поэтому можно соединять с затвором полевого МОП-транзистора источник сигнала в любой полярности (положительный или отрицательной). Стоит отметить, что чаще встречаются импортные транзисторы, нежели их отечественные аналоги.
Это делает MOSFET устройства особенно ценными в качестве электронных переключателей или логических приборов, потому что без воздействия извне они, как правило, не проводят ток. И причина этому высокое входное сопротивление затвора. Следовательно, очень маленький или несущественный контроль необходим для МОП-транзисторов. Ведь они представляют собой устройства, управляемые извне напряжением.
Режим истощения МОП-транзистора
Режим истощения встречается значительно реже, нежели режимы усиления без приложения напряжения смещения к затвору. То есть, канал проводит при нулевом напряжении на затворе, следовательно, прибор «нормально закрыт». На схемах используется сплошная линия для обозначения нормально замкнутого проводящего канала.
Для п-канального МОП-транзистора истощения, отрицательное напряжение затвор-исток отрицательное, будет истощать (отсюда название) проводящий канал своих свободных электронов транзистора. Аналогично для р-канального МОП-транзистора обеднение положительного напряжения затвор-исток, будет истощать канал своих свободных дырок, переведя устройство в непроводящее состояние. А вот прозвонка транзистора не зависит от того, какой режим работы.
Другими словами, для режима истощения п-канального МОП-транзистора:
- Положительное напряжение на стоке означает большее количество электронов и тока.
- Отрицательное напряжение означает меньше электронов и ток.
Обратные утверждения также верны и для транзисторов р-канала. Тогда режим истощения МОП-транзистора эквивалентно «нормально разомкнутому» переключателю.
N-канальный МОП-транзистор в режиме истощения
Режим истощения МОП-транзистора построен таким же образом, как и у полевых транзисторов. Причем канал сток-исток – это проводящий слой с электронами и дырками, который присутствует в п-типа или р-типа каналах. Такое легирование канала создает проводящий путь низкого сопротивления между стоком и источника с нулевым напряжением. Используя тестер транзисторов, можно провести замеры токов и напряжений на его выходе и входе.
Режим усиления МОП-транзистора
Более распространенным у транзисторов MOSFET является режим усиления, он обратный для режима истощения. Здесь проводящий канал слаболегированный или даже нелегированный, что делает его непроводящим. Это приводит к тому, что устройство в режиме покоя не проводит ток (когда напряжение смещения затвора равно нулю). На схемах для обозначения МОП-транзисторов такого типа используют ломаную линию, чтобы обозначить нормально открытый токоизолирующий канал.
Для повышения N-канального МОП-транзистора ток стока будет течь только тогда, когда напряжение на затворе прикладывается к затвору больше, чем пороговое напряжение. При подаче положительного напряжения на затвор к п-типа MOSFET (что это, режимы работы, схемы включения, описаны в статье) привлекает большее количество электронов в направлении оксидного слоя вокруг затвора, тем самым увеличивая усиление (отсюда название) толщины канала, позволяя свободнее протекать току.
Особенности режима усиления
Увеличение положительного напряжения затвора вызовет появление сопротивления в канале. Это не покажет тестер транзисторов, он может только проверить целостность переходов. Чтобы уменьшить дальнейший рост, нужно увеличить тока стока. Другими словами, для режима усиления п-канального МОП-транзистора:
- Положительный сигнал транзистор переводит в проводящий режим.
- Отсутствие сигнала или же его отрицательное значение переводит в непроводящий режим транзистор. Следовательно, в режиме усиления МОП-транзистор эквивалентен «нормально разомкнутому» переключателю.
Обратные утверждения справедливы для режимов усиления р-канальных МОП-транзисторов. При нулевом напряжении устройство в режиме «Выкл» и канал открыт. Применение напряжения отрицательного значения к затвору р-типа у MOSFET увеличивает проводимость каналов, переводя его режим «Вкл». Проверить можно, используя тестер (цифровой или стрелочный). Тогда для режима усиления р-канального МОП-транзистора:
- Положительный сигнал переводит транзистор «Выкл».
- Отрицательный включает транзистор в режим «Вкл».
Режим усиления N-канального МОП-транзистора
В режиме усиления МОП-транзисторы имеют низкое входное сопротивление в проводящем режиме и чрезвычайно высокое в непроводящем. Также их бесконечно высокое входное сопротивление из-за их изолированного затвора. Режима усиления транзисторов используется в интегральных схемах для получения типа КМОП логических вентилей и коммутации силовых цепей в форме, как PMOS (P-канал) и NMOS (N-канал) входов. CMOS – это комплементарный МОП в том смысле, что это логическое устройство имеет как PMOS, так и NMOS в своей конструкции.
Усилитель на MOSFET
Так же, как и полевые, транзисторы MOSFET могут быть использованы для изготовления усилителей класса «А». Схемы усилителей с N-канальным МОП-транзистором общего исходного режима усиления, является наиболее популярной. На МОП-транзисторах усилители в режиме обеднения очень похожи на схемы с использованием полевых приборов, за исключением того, что MOSFET (что это, и какие типы бывают, рассмотрено выше) имеет более высокий входной импеданс.
Этот импеданс управляется по входу смещающей резистивной цепью, образованной резисторами R1 и R2. Кроме того, выходной сигнал для общего источника усилителя на транзисторах MOSFET в режиме усиления инвертируется, потому что, когда входное напряжение низкое, то переход транзистора разомкнут. Это можно проверить, имея в арсенале только лишь тестер (цифровой или даже стрелочный). При высоком входном напряжении транзистор во включенном режиме, на выходе напряжение крайне низкое.
Джон Бардин | Американский институт физики
Hoddeson:
Цель этого обсуждения — ответить на несколько вопросов, которые возникают у меня при перечитывании первого черновика моей статьи о транзисторах. Извините, что побеспокоил вас этим. Хорошо, прежде всего, мне интересно, не могли бы вы еще раз повторить разницу между тем, что Шокли имел в виду под дырами, и тем, что вы и Браттейн, когда впервые осознали, что дыры были, входили —
Бардин:
Не было никакой разницы в том, что мы подразумевали под дырами. Единственная разница в том, как перетекли дырки от эмиттера к коллектору. В наших более ранних экспериментах очень важную роль играл поверхностный барьер типа [полупроводимости], инверсионный слой. Он играет важную роль в области практических экспериментов, и когда фактически транзистор был впервые обнаружен, влияние на ток коллектора с противоположных сторон от ожидаемого для эффекта поля, мы знали, что наблюдаем что-то новое, и очевидное объяснение состоит в том, что через металлический контакт на эмиттере, эмиттерном контакте, отверстия вводились в полупроводник и текли к коллектору.
Ходдсон:
Да. А у Браттейна в блокноте была запись, в которой он понял, что это дыры.
Бардин:
Да. Слова эмиттер и коллектор были введены очень рано, они также указывают на то, что у нас была идея, что дыры испускаются на эмиттере и перетекают в коллектор. Первоначально это не называлось базовым контактом. Мы назвали его управляющим контактом, так как он играет роль, аналогичную решетке в вакуумной лампе. Но это было неудовлетворительно, потому что элемент управления и сборщик начинаются с одной и той же буквы, поэтому, если вы используете индексы для их обозначения, если вы обозначаете их первой буквой, у вас есть проблема.Поэтому мы решили назвать то, что мы сначала назвали контрольным электродом, базовым электродом. Так что я не думаю, что в этой части, которую я обсуждал, нет никаких проблем. Разница между нами и Шокли заключалась в том, как отверстия перетекают от эмиттера к коллектору. Они могут протекать преимущественно через инверсионный слой на поверхности, который действительно содержит дыры. И коллектор будет сливать дыры из инверсионного слоя. Они также могут протекать через основную часть — другая возможность, что они могут протекать через основную часть полупроводника, причем их заряд компенсируется увеличением количества электронов в объеме.Идея Шокли для переходного транзистора была основана на том факте, что отверстия, введенные эмиттером в переходном транзисторе, текут путем диффузии к коллектору, который находится очень близко к эмиттеру, а не через базовый электрод, или то, что раньше называлось управляющим.
электрод. Чтобы отличить это от потока в области поверхностного барьера, он ввел понятие инжекции. Или он ввел слово «инъекция». Я бы не стал говорить о концепции так много, но он, чтобы отличить поток дырок через объем от потока через поверхностный слой, он использовал термин «нагнетание» для обозначения потока дырок через объем.
Ходдсон:
В длинной статье Шокли об открытии транзистора он пишет, что «когда наблюдался эффект транзистора, в смысле рождения точечного транзистора, никто не имел ни малейшего представления о том, что инъекция неосновных носителей, инъекция наблюдалась. не больше, чем это было верно для результатов Брея. Я полагаю, что это просто неверно? Он продолжает: «Насколько я знаю, первое предположение о том, что инъекция неосновных носителей может быть важным механизмом, было сделано пятью неделями позже в моем исследовании. раскрытие, 23 января.»Я думаю, он просто это запутал?
Бардин:
Ларри говорит о потоке через большую часть. Браттейн проводил несколько экспериментов, описанных в ПИСЬМО-ОБЗОРЕ ФИЗИЧЕСКОГО ОБЗОРА, опубликованном с Письмом о транзисторе, — о том, как дырки вытекают из контакта эмиттера, измеряя потенциал как функцию расстояния от эмиттера, чтобы увидеть, текут ли дырки постоянно. , преимущественно через поверхностный слой, который будет двумерным потоком, или через объем, который будет трехмерным потоком.Если у вас есть инверсионный слой на поверхности, как у нас, безусловно, было в этих ранних экспериментах, вы увеличиваете уровень Ферми для дырок в окрестности поверхности, и уровень Ферми такой же, как в объеме, как и на поверхности слой, который вы собираетесь получить, ввести, увеличить концентрацию дырок больше на поверхности, чем в объеме. Так что до тех пор, пока не были проведены дополнительные эксперименты, было неясно, как текут отверстия. На самом деле я думаю, что они могли течь — исходя из того, что мы знаем сейчас, они могли течь любым путем.Примитивный эксперимент, показавший, что они протекают через массу, был проведен Джоном на встрече, которую вы описываете в своем аккаунте.
Он поместил два контакта на противоположных сторонах очень тонкого клина и показал, что он работает точно так же, как точечный транзистор, с двумя контактами на одной стороне пластины, что определенно показало, что отверстия проходили через основную массу германия. и что таким образом можно сделать транзистор. Его транзистор имел характеристики, которые были очень похожи на характеристики двух контактов на одной стороне.Так что существенной разницы в том, как они действовали, быть не могло.
Ходдсон:
Итак, группа Purdue была —
Бардин:
— в раскрытии нашего патента мы упомянули оба механизма. Мы сказали, что транзистор может работать в любом случае.
Ходдсон:
Группа Purdue наблюдала сопротивление пружины в германии с высоким вакуумным напряжением. Было ли в то время понимание того, что это произошло из-за закачки в скважину?
Бардин:
Я думаю, когда мы впервые узнали об экспериментах Purdue, это стало очевидным. Объяснение стало очевидным, что проводимость увеличивалась вблизи контакта эмиттера, точечного контакта, за счет испускания дырок, что увеличивало количество носителей. И это заставило нас немного обеспокоиться тем, что, возможно, группа Purdue также подумает о транзисторе, и поэтому, стремясь опубликовать как можно быстрее, получить приоритет в открытии.
Ходдсон:
Вы чувствовали, что знаете всю работу, которую они выполняли в Purdue? Не хватало информации? на их стороне?
Бардин:
Насколько я знаю, нет.Больше, чем обычно, когда вы проводите исследования. Обычно вы ждете, пока не будете достаточно хорошо уверены в том, что ваша история является полной и достаточно убедительной, прежде чем публиковать ее или обсуждать на собраниях. Я не думаю, что их способ обработки отличался от любого другого научного открытия, связанного с опубликованными исследованиями. В течение этого периода, между открытием и первой публикацией, примерно шесть месяцев спустя, мы, конечно, были ограничены тем, о чем могли поговорить с другими людьми, за пределами этой небольшой группы в компании, которые участвовали в открытии.
Ходдсон:
Мне интересно, как вы узнали о деталях работы в Purdue и других лабораториях. Через публикации, письменные отчеты или посещения?
Бардин:
Ну, первая информация, когда мы только начали работать, это то, что у нас были отчеты из радиационной лаборатории Массачусетского технологического института, а также из Пердью, штат Пенсильвания, которые были отчетами о ходе работы, проделанной во время войны. И мы их читаем. Позже вышла работа Тори и Уитмора о кристаллических выпрямителях.Я думаю, что он был опубликован в 1948 году, в котором дается полный отчет о работе, проделанной в этой радиационной лаборатории, а также в некоторой степени обсуждается работа, проделанная в других лабораториях, хотя и не так подробно. Мы полагались сначала в первую очередь на эти отчеты, а затем на публикации, так как после войны они начали публиковать свои работы. Мы зависели от публикаций или дискуссий на встречах, документов, представленных на встречах.
Ходдсон:
Старый: вы все читали все отчеты, или вы разделили материал между собой и доложили по нему?
Бардин:
Мы не делили материал. Я думаю, что люди просто читают столько, сколько хотят, пока не подумают, что у них есть достаточно полное представление о проделанной работе. Некоторые математические работы, я скажу, были выполнены Вивиан Джонсон, очень подробно. Я не знаю, чтобы кто-нибудь все это пережил. Но в целом мы получили довольно хорошее представление о том, что они делали.
Ходдсон:
Джон Бардин о периоде до того, как транзистор был обнародован, и опасениях, что военные могут классифицировать его.
Кстати, вы говорили о периоде секретности. Посмотрим, как раз перед тем, как транзистор был обнародован, я думаю, что сначала были проинформированы военные.
Бардин:
Да, им сообщили.
Ходдсон:
А потом?
Бардин:
— и мы надеялись, что они не классифицируют его, поэтому мы не смогли опубликовать. Но мы уже отправили рукописи в ФИЗИЧЕСКОЕ ОБЗОР для публикации. Им сказали сдерживать их, пока мы не получим известие от военных, что они не будут засекречены.
Ходдсон:
Почему возникли опасения, что военные засекретят их, информацию?
Бардин:
Это не было сделано по военному контракту или чему-то в этом роде.
Ходдсон:
Была ли поддержка со стороны военных?
Бардин:
Никакой поддержки со стороны военных не было. Он был полностью поддержан Bell Labs. Но любое важное открытие, которое могло иметь военное применение, желательно было согласовать с военными.
Ходдсон:
Понятно, только профилактика —
Бардин:
— просто вежливость.
Ходдсон:
Понятно. ОК.
Бардин:
Я не думаю, что военные осознавали важность этого. Возможно нет. Кроме того, он был настолько широким, что возможности его применения были бы настолько широкими, что его не следовало бы классифицировать.
Ходдсон:
ОК.
Бардин:
Я полагаю, что, возможно, в вашем рассказе людям, которые пришли поговорить с военными, сказали, что аналогичная работа проводится в одной из государственных лабораторий. Оказалось, что это не так.
Ходдсон:
Я вообще не знаю эту историю. Где я могу узнать об этом больше? Я не знаю об этом.
Бардин:
У вас ничего по этому поводу нет?
Ходдсон:
Не думаю. Нет. Какая правительственная лаборатория?
Бардин:
Я думаю, это была военно-морская исследовательская лаборатория. Думаю, это могло быть в некоторых аккаунтах Браттейна. Я думаю, он был одним из тех, кто — упал —
Ходдсон:
Мне нужно заняться этим.Хорошо, теперь я немного пропущу. У меня есть —
Бардин:
ОК.
Ходдсон:
— вопросы несколькими годами ранее. Что ж, может быть, они не такие — это конкретное имеет отношение к актуальности All’s? Работа. Так вот, Олл был тем человеком, который заметил, что Саутвик вернулся к футболке с кошачьими бакенбардами, и —
Бардин:
Не только диоды с обратным контактом.
Ходдсон:
Прав.
Бардин:
В качестве детекторов для радаров.
Ходдсон:
Прав. Он экспериментировал со многими материалами и обнаружил, что лучше всего использовать кремний. А затем, работая с металлургами над получением чистого кремния, он — Джек Скафф и Генри Тонура приготовили слиток с переходом, который затем обнаружил Оул.
Бардин:
Да. Он попытался сделать их более однородными, с более однородными характеристиками, со старым кристаллом Лены, вам приходилось искать так называемую горячую точку, понимаете.Найти чувствительное место, где могло бы произойти исправление. Просто не очень подходит для производственного предмета.
Ходдсон:
№
Бардин:
И я думаю, что кремний использовался в основном для того, чтобы попытаться добиться большей однородности продукта.
Ходдсон:
Итак, как бы вы оценили вклад Олда в — в отношении разработки транзистора? А как, мог —
Бардин:
Это предыстория работы Радиационной лаборатории по разработке точечных диодов. И причина, по которой мы использовали точечные контакты в наших экспериментах, на самом деле просто потому, что это было легче сделать, не потому, что это была идеальная геометрия или что-то в этом роде, а просто потому, что мы не были заинтересованы в переходе на очень высокие частоты, поэтому нам не пришлось использовать точечные контакты по этой причине, и поэтому мы просто использовали точечные контакты, потому что в их использовании было какое-то искусство, и мы знали, какие металлы использовать и как связываться с полупроводником. И как сделать выпрямляющий контакт. Итак, как в первом эксперименте с полевым эффектом с использованием точечных контактов и сброшенного электрода, так и в первых экспериментах с транзисторами, которые последовали за этим, мы использовали точечные контакты просто для удобства, а геометрия выбрана просто для удобства, просто потому, что это было что-то простое.Это своего рода эксперимент, который можно поставить и провести за один день. И для этого не было никакой другой причины, кроме этого.
Ходдсон:
Ну, это вы предложили эту геометрию.
Бардин:
Да.
Ходдсон:
После —
Бардин:
— одна из причин для предположения, что это более ранняя — для эффекта поля — тогда как другая работа с эффектом поля, которая в целом потерпела неудачу, была не только из-за поверхностных состояний, которые мы могли обойти, опустившись до очень низкого уровня. температуры, но потому что подвижность носителей в тонких слоях паровой смолы, которые использовались, была очень низкой.Другими словами, электрические свойства тонкой осажденной пленки, на которой были проведены первые полевые эксперименты, были очень плохими. Итак, у меня возникла идея использовать инверсионный слой, чтобы получить эффект материального слоя, используя инверсионный слой на поверхности объемного германия, и мы надеялись — что у вас будут хорошие объемные свойства, но все же будет эффект. очень тонкого слоя. И мы взяли эту первую работу с кремнием, потому что Браттейн контактировал со всем и знал, что при правильном обращении вы можете вызвать инверсионный слой на поверхности кремния.Первые эксперименты проводились, первые эксперименты по полевому эффекту проводились с кремнием. Когда мы проводили эксперименты с германием, мы не знали, что там есть инверсионный слой, но это было одним из — было легко провести эксперимент и выяснить из эксперимента, что там был инверсионный слой. И оказалось, что не было. Ранее высказывалось предположение, что из-за очень хороших характеристик выпрямления мы знали, что существует высокий барьер, возможно, достаточный для создания инверсионного слоя, поэтому мы надеялись, что он сработает, и это действительно сработало.Я сказал ранее, что в экспериментах с полевым эффектом инверсионный слой был очень важен, поскольку вы модулировали проводимость неосновных носителей в инверсионном слое. Ариль, мы, вероятно, слишком много думали об этом, интерпретируя результаты, первые результаты одноконтактного транзистора, поскольку мы знали, что там есть инверсионный слой, который обеспечит канал для дырок, идущих от эмиттера к коллектору. . Вопрос в том, насколько важен этот аспект по сравнению с потоком дыр через массу, который Джеффри [???] называет инъекцией, чтобы отличить его от слова «эмиттер», которое мы уже ввели.Мы хотели другим словом описать поток в массе. В нашем случае поток создавался электрическим полем проводника, а в его переходном транзисторе это называлось диффузией через объем, поэтому есть разница в способе протекания потока. В эксперименте Шивса он показал, что дыры снова протекают через массу? Несомненно, здесь сыграло свою роль электрическое поле коллекторного тока. Так что это было не просто распространение.
Ходдсон:
Было ли открытие PN перехода важным для работы над транзистором?
Бардин:
Думаю, это зависит от того, что вы подразумеваете под PN-переходом.Инверсионный слой на поверхности действительно представляет собой PN-переход. И инверсия от типа N, скажем, в объеме, к типу P на поверхности, в некотором смысле, это PN-переход. Таким образом, это сыграло важную роль.
Ходдсон:
Вы бы нашли это все самостоятельно, если бы это не было обнаружено ранее?
Бардин:
Он не требует какого-либо легирования — он зависит от инверсионного слоя и свойств его поверхности, а не вносит примеси в объем, поэтому он не создает — если вы думаете о PN-переходе как о донорах а акцепторов, в основном, в первом транзисторе у нас не было.У нас просто был инверсионный слой из-за свойств поверхности.
Ходдсон:
На самом деле, хотя я не хочу …. (за кадром)
Ходдсон:
… но я просто пытаюсь выяснить, мог ли быть разработан первый транзистор без предыдущей работы, хотя, вероятно, работа над кремнием не пошла бы так быстро, если бы более ранние работы над кремнием не были был инициирован.
Бардин:
Тот факт, что у нас были люди в металлургии, способные производить довольно чистый кремний — также было известно, как его легировать — я думаю, что тот факт, что у нас были металлурги, был, безусловно, очень важен для нашей программы.И это также дает нам германий, опять же объемный полиделящийся материал.
Ходдсон:
В какой степени вы искали полупроводниковый усилитель в период 1945-1946 годов, с того времени, как вы пришли в Bell Labs, до того первого важного эксперимента, который провел Браттейн, который заставил его понять, что электролит оказывает влияние, которое произошло ноябрь 1947 г.? В тот период — кто-нибудь просил вас посмотреть в том направлении, Келли или Шокли или?
Бардин:
Я думаю, что у всех было в голове, что это была одна из целей программы и что она могла быть достигнута, и Шокли продвигал эффект поля и показал, что, по крайней мере теоретически, это должно быть возможно. .
Ходдсон:
Затем он представил вам свои расчеты, и вы выяснили, что расчет был правильным, но он не учел эффект поверхностных состояний. Верно?
Бардин:
Это было позже. Во-первых, он — сначала я просто проверил его расчеты, и они выглядели нормально, но должен был наблюдать эффект поля, но эксперименты, которые проводились — мы не смогли ничего увидеть. Мы пробовали несколько раз, несколько разных людей, и это было некоторое время спустя, я не знаю, сколько времени, после этих сообщений о неудачах, это — я уверен, что это было сделано после того, как я впервые проверил его расчеты — что мне пришла в голову идея поверхностных состояний.
Ходдсон:
Вы помните, как вам пришла в голову эта идея?
Бардин:
Где-то в 1946 году.
Ходдсон:
Посмотрим, ваша газета вышла в марте 1946 года. По поверхностному состоянию.
Бардин:
«46 это было?
Ходдсон:
Да, март. Шокли говорит, что когда-то зимой или осенью, прошлой осенью или зимой он приносил вам свои расчеты.
Бардин:
Думаю, это справедливо.
Ходдсон:
Значит, вы давно об этом думали, по крайней мере, три, четыре —
Бардин:
— ну несколько месяцев.
Ходдсон:
Да.
Бардин:
Это не было чем-то немедленным, потому что я думаю, изначально мы надеялись, что мы найдем схему, которая будет работать, но … не удалось … Кремний или германий, которые они использовали, осаждали пленки, эти материалы — я предложил охладить их, чтобы поверхностные состояния не пришли в равновесие, и попробовать эксперимент — с небольшим эффектом, но меньшим, чем вы ожидаете от объемной подвижности.Это указывало на то, что подвижность носителей в этих осажденных пленках была намного меньше, чем эффект, который она имела в объеме, и поэтому эффект, который можно было ожидать наблюдать даже в отсутствие поверхностных состояний, был намного меньше, чем в первоначальных расчетах. .
Ходдсон:
При первоначальных расчетах вы имеете в виду расчеты, выполненные с использованием ключевой теории швабры?
Бардин:
Первоначальные расчеты были выполнены с использованием подвижности, известной для объемного материала, и введения тонкой пленки, так что у нас был тонкопленочный объемный материал со свойствами объемного материала, без поверхностных состояний, вы должны были получить разумный эффект поля, который не наблюдалось.И две причины: одна — поверхностные состояния, а вторая — плохая подвижность. Итак, когда подошли Браттейн и Гибни и показали, что можно модулировать поверхностный барьер с помощью электролита, я подумал об этой геометрии точечного контакта как о способе попытаться наблюдать влияние поля на объемный материал. Я думаю, что это был важный шаг на пути от тонких пленок к объемному материалу с хорошими электрическими свойствами. А затем мы использовали инверсионный слой, чтобы получить эффект тонкой пленки, и это, по сути, принцип современных МОП-транзисторов.
Ходдсон:
Так вот, между вашей статьей о поверхностных состояниях и экспериментом Браттейна по демонстрации модуляции был период в один год и восемь месяцев?
Бардин:
Все эти эксперименты проводились в то время.
Ходдсон:
В тот период — я имею в виду, каковы были ожидания группы относительно возможности создания полупроводника?
Бардин:
Я пробовал эксперименты Дебуи [???], чтобы определить концентрацию поверхностных состояний.Когда вышла статья о состояниях поверхности, программа была разделена на одну, в основном, по свойствам поверхности по Браттейну, и другую, в основном, по объемным свойствам под Пирсоном. И эксперименты Браттейна и — были разработаны, чтобы узнать больше о поверхностных состояниях и поверхностных барьерах, и было проведено довольно много экспериментов, которые подтвердили идею поверхностных состояний и дали некоторую оценку концентрации.
Ходдсон:
Но чувствовали ли вы, что если вы достаточно хорошо поймете явления, состояния поверхности и все, что еще вы узнаете о полупроводниках, то в конечном итоге вы, как группа, обнаружите, как строить…?
Бардин:
— да, тогда эффект поля должен работать.И усилитель.
Ходдсон:
Понятно. Так что вы никогда не теряли надежды, что вещь должна —
Бардин:
— о нет —
Ходдсон:
— на протяжении всего этого периода. Потому что написание зависит от того, кто пишет историю. Браттейн, когда он пишет свои отчеты, имеет тенденцию подчеркивать фундаментальный исследовательский аспект своей работы, и, конечно же, это было фундаментальное исследование —
Бардин:
— это было фундаментальное исследование, потому что мы пытались понять свойства поверхности, и мы не пытались создать каким-либо эмпирическим путем новые транзисторы или что-то в этом роде.Мы пытались узнать о природе и поверхности полупроводника.
Ходдсон:
Но цель данного исследования — при поддержке —
Бардин:
— и затем, когда мы сможем взять под контроль состояния поверхности, мы сможем провести — так что — это будет программа фундаментальных исследований.
Ходдсон:
Да, но все же была конечная цель —
Бардин:
У него была дальняя цель — понять это и взять под контроль.Тогда мы сделаем большой шаг вперед. Я думаю, что это своего рода базовое исследование, которое следует проводить в промышленности, чтобы лучше понять продукты, чтобы это было не просто эмпирическое, а реальное понимание; поэтому, если что-то пойдет не так, вы знаете, что делать, чтобы это исправить, или, если можно сделать важный шаг вперед, сделайте это тоже. Так вы поймете, в чем заключаются ограничения и что возможно, чтобы знать, насколько нынешние проекты далеки от теоретически возможных.
Ходдсон:
Какие были самые важные эксперименты, как вы помните, которые были проведены в тот период, между документом о состоянии поверхности и началом экспериментов по модуляции, которые, вы знаете, привели вас обратно к эффекту поля?
Бардин:
Браттейн провел серию экспериментов по измерению контактного потенциала и изменения контактного потенциала при освещении поверхности светом, который дает информацию о поверхностном барьере.И это было — и затем в дополнение к экспериментам такого рода, которые были очень важны, были проведены эксперименты, чтобы попытаться увидеть, присутствует ли уже поверхностный барьер на германии, когда вы помещаете металл в контакт с ним, и это, казалось, случае, потому что выпрямление не сильно зависит от металла, используемого для контакта, и вы также можете использовать для контакта сильно легированный кусок германия, который имел высокую проводимость, когда, если вы установили контакт, установив два клина, перпендикулярных каждому во-вторых, края клиньев соприкасаются друг с другом, так что они просто соприкасаются по существу в одной точке, так что это было похоже на точечный контакт.И это имело характеристики, похожие на точечный металлический контакт. Кроме того, были проведены эксперименты с двумя выпрямителями, установленными вплотную друг к другу — вы также можете сделать это с помощью клиньев; Если при подаче напряжения возникают состояния поверхности, вы можете накапливать заряд на границе раздела, чтобы напряжение могло разделиться между частью, в которой направление является легким, и частью, где оно имеет высокое сопротивление. И если у вас есть заряд на интерфейсе, это означает, что должно быть какое-то состояние, чтобы удерживать этот заряд, что, еще один эксперимент, подтвердил идею состояния поверхности.Таким образом, было проведено довольно много экспериментов, большое количество по измерениям контактного потенциала, большое количество по характеристикам выпрямления, которые помогли подтвердить идею о поверхностных состояниях.
Ходдсон:
Большинство экспериментов было проведено Браттейном и Пирсоном?
Бардин:
Чем?
Ходдсон:
Простите? Браттейн и Пирсон?
Бардин:
Ну, Браттейн проводил эти эксперименты на поверхностях.
Ходдсон:
На поверхностях — а Пирсон?
Бардин:
И Пирсон, как я уже сказал, проводил эксперименты по измерению объемных свойств кремния. Он приготовил серию образцов, легированных на разных уровнях. Одна из вещей, которую нужно было подтвердить, заключается в том, что допирование соединениями группы 3 и группы 5 действительно ли они проникают внутрь, как показано на простой картинке? Он сделал это так, чтобы провести очень точные рентгеновские измерения, чтобы показать, что примеси действительно проникают внутрь, а не внутрь.Они заменяют элементы группы 3 и группы 5, заменяют кремний или германий. Позже мы опубликовали это в совместной статье, которую я написал с Джеральдом Пирсоном об электрических свойствах кремния, в которой довольно подробно освещалась эта тема, а также подвижность в зависимости от температуры, ее причины и многое другое. . После того, как появился транзистор и люди заинтересовались полупроводниками, эта статья получила очень широкое распространение.
Ходдсон:
А что насчет Шокли? Проводил ли он в этот период эксперименты с этим, чтобы понять поверхностные состояния или вычисления, или он работал над чем-то другим?
Бардин:
Сам активно этим не занимался.Он заинтересовался и предложил несколько экспериментов, которые проводил Браттейн. Он этого не делал — он проводил некоторые поверхностные эксперименты, эксперименты с полевым эффектом сам или в сотрудничестве с другими.
Ходдсон:
Продолжал ли он пытаться проводить полевые эксперименты в этот период после того, как гипотеза о состоянии поверхности была принята?
Бардин:
Единственное, что я помню, думаю, это был кремний — когда он снизил температуру так, чтобы электроны застыли в поверхностных состояниях, и наблюдал эффект, но намного меньший, чем ожидалось.И объяснил это низкой подвижностью в фильмах.
Ходдсон:
Еще раз, в рассказе Браттейна, он также описывает эти эксперименты, а затем обсуждает один эксперимент, который я также обсуждаю в своей статье, где он заметил, что вода повлияла на результаты. Это привело к работе с электролитами.
Бардин:
Да, стало очевидно, что вода влияет на свойства поверхности. Позже был его эксперимент, показывающий, как можно изменить поверхностный барьер за счет влажности.Это было после того, как транзистор вышел, но мы уже знали формат, который изменял свойства поверхности с помощью различных видов обработки поверхности — влажность, влажность и т. Д. — вот что влияло на поверхность.
Ходдсон:
В любом случае, когда кто-то читает отчет Браттейна или его стенограмму интервью, кажется, что тот эксперимент, в котором он заметил эффект воды внезапно, после того, как он обсудил эксперимент с Гибни и Гибни, сделал предложение модулировать его с помощью приложенного поля, что Затем вы пришли к идее, к той геометрии, в которой действительно можно было бы наблюдать эффект поля — что это было почти случайностью, когда группа вернулась к активному поиску усилителя эффекта поля.
Бардин:
В этот период Шокли активно участвовал в других экспериментах, и теория дислокаций, а также поток электронов через изоляторы, такие как альфа [???] галоиды и галоиды серебра, о которых он узнал, интересовались ими как результат нашей поездки летом 1947 года — мы с Биллом Шокли в Европу. Он очень заинтересовался вывихами после посещения Мотта в Бристоле. Мотт и его сотрудники в Бристоле. И поэтому он не был, в то время, когда мы проводили эти эксперименты, он сам не был так активно обеспокоен.Мы обсуждали с ним эксперименты, но в тот период он активно не работал над ними.
Ходдсон:
Казалось бы, его сильно взволнует тот факт, что теперь, возможно, полевой эффект —
Бардин:
— после того, как мы начали работу, он, конечно, очень обрадовался этому и посвятил этому все свое время.
Ходдсон:
Да. Но это возобновление исследования полевых эффектов выглядит, как я уже сказал, почти случайным.А вот с другой стороны —
Бардин:
О, я бы не сказал, что это был несчастный случай. Это было частью общей программы.
Ходдсон:
Исследования …
Бардин:
Возможно, частично случайно, но когда вы проводите эксперименты и имеете в виду общую картину того, что вы пытаетесь сделать, эксперименты, которые обычно не имеют отношения к делу, становятся актуальными и включаются в более широкую картину.
Ходдсон:
Прав.Хорошо, мой последний вопрос в списке касается аварии, в которой было создано контактное лицо. Вы говорите, что случайно смыли оксидный слой.
Бардин:
Я не уверен, было ли дело в этом, или в том, что оксид не был изоляционным, потому что вырастить оксид сложно — теперь мы знаем, что было бы трудно провести этот эксперимент, даже если В лучших условиях вырастите оксид германия, а затем положите под него слой металла. Это можно сделать с помощью силикона; Чтобы сделать МОП-транзисторы, вы выращиваете тонкий слой оксида на кристалле кремния без большого количества металла поверх него, как основу для МОП-транзистора.Потребовалось около 15 лет развития технологий, чтобы научиться делать это, не вводя слишком много поверхностных состояний в интерфейс, и сделать из этого действительно эффективное устройство. Одним из ключевых моментов было удаление — мы должны были научиться удалять из оксида все следы металлических примесей.
Ходдсон:
Итак, я не знаю, откуда я взяла эту идею, что при смывании бората гликоля Браттейн смыл слой водорастворимого оксида.Это правда?
Бардин:
Да, вот что он говорит.
Ходдсон:
Да. Но вы думаете, что этого не произошло? Что на самом деле оксид был, но не изолирующим? Не знаю —
Бардин:
Ну, я не уверен. В любом случае оксид не был изоляционным. Теперь мы знаем, что нельзя вырастить тонкий оксид германия с помощью рабочего металла и ожидать, что на нем будут изолирующие контакты. Так что я думаю, что это еще не все.
Ходдсон:
Я должен переписать этот раздел.
Бардин:
Но я думаю, что выращивание оксида и обработка боратом гликоля помогли создать большой инверсионный слой. На поверхности. Это была хорошая обработка поверхности для получения транзисторного эффекта с точечными контактами.
Ходдсон:
Да. Я думаю, вы сказали на прошлой сессии, что, я думаю, Гордон спросил вас, был ли … ну, если оксид был изоляционным, был ли …
Бардин:
— наверное, у нас был бы полевой транзистор.
Ходдсон:
Как вы думаете, это сработало бы?
Бардин:
Конечно. Вот что, я не знаю, больше половины, но я не удивлюсь, если больше половины существующих транзисторов будут работать по этому принципу. МОП-транзисторы.
Ходдсон:
Да. Хорошо, была ли ваша установка подходящей для наблюдения этого эффекта? Если бы оксид был —
Бардин:
Что ж, надо было наблюдать эффект поля. Как я уже сказал, МОП-транзистор — вы модулируете инверсионный слой электрического поля [???] Теперь вы можете это сделать, получить поверхность, чтобы вы могли перемещать ее полностью от инверсионного слоя к накопительному слою. .То есть вы можете — существует так мало состояний поверхности, что вы можете полностью перевернуть ленту с одного пути на другой. От весьма типа. На поверхности. Путем приложения электрического поля. Но если мы… (без записи)
Бардин:
считал, что поле требуется над общими [???] поверхностными состояниями, и модулирует инверсионный слой — это зависит от плотности поверхностных состояний, пока плотность меньше требуемого поля. И эксперимент с электролитом мы интерпретировали как обнаружение очень большого электрического поля, потому что ионы находятся очень близко к поверхности, и поэтому вы обнаруживаете большое электрическое поле прямо на поверхности, которое преодолевает поверхностные состояния.И мы хотели — чтобы сделать то же самое, нам нужно, чтобы было большое поле с умеренным напряжением, у вас должен был быть очень тонкий изолирующий слой. Именно это мы и пытались сделать, применив тонкий оксидный слой на германии.
Ходдсон:
Но вы сказали, что в тот период вы недостаточно знали о том, как выращивать этот оксидный слой, чтобы расти —
Бардин:
— сделать изоляционный слой. Мы не знали всего — вначале, сможем мы или нет.Мы думали, что попробуем. Потом мы обнаружили, что это не изолирует. Отчасти это произошло из-за смывания бората гликоля, но главное, что в любом случае это, вероятно, ни к чему не привело.
Ходдсон:
Вы бы не стали, если бы не смыли борат гликоля, вы …?
Бардин:
Нет, потому что я думаю, что даже сегодня никто не знает, как сделать МОП-транзистор с германием.
Ходдсон:
Значит, эксперимент не мог работать как полевой транзистор, тот, который вы?
Бардин:
На основании того, что мы знаем сейчас, нет, не могло.Несмотря на это, потребовалось 15 лет, хотя люди знали принцип этого, чтобы реализовать его на практике. Чтобы материалы были настолько совершенными, чтобы на них была поверхность, свободная от поверхностных состояний. Проблема в том, что достаточно лишь очень небольшой плотности состояния поверхности, чтобы испортить эффект. Так что для сохранения эффекта у вас должен быть очень дорогой материал. Технологии потребовалось 15 лет, чтобы научиться это делать.
Ходдсон:
Однажды вы сказали, что если бы не произошла авария, так называемая авария, короткое замыкание, контакт, тогда у вас был бы MOS, и, возможно, эта область развивалась бы намного быстрее.Но на самом деле, вероятно, все должно было пойти именно так, потому что в то время технология не была способна создать надлежащий оксид.
Бардин:
Нет, это было бы сложно, но мы могли бы сделать переходные транзисторы легированием поверхности, как сейчас биполярные транзисторы. Транзисторы с первым переходом представляют собой выращенные транзисторы с переходом, в которых легирование осуществлялось путем добавления примесей в смесь при выращивании кристалла. Транзисторы с ранним переходом плохо работали только на относительно низких частотах.Даже в 1952 году транзисторы с точечным контактом имели, они / мы приложили много усилий, чтобы попытаться улучшить транзисторы с точечным контактом, и для многих приложений они обладали превосходными свойствами по сравнению с транзисторами с переходом. Одним из наиболее важных из них является диапазон высоких частот. Точечный контакт будет работать примерно при 15 мегациклах, соединение только при 100 мегациклах или около того, 100 000 циклов, 100 килоциклов. Так что переходные транзисторы нужно было улучшать и развивать. Сначала они были применены к слуховым аппаратам, где не требовалось иметь очень высокую частоту, и следующим важным шагом было сделать их пригодными для радиочастот.Это было сделано с помощью кремниевых транзисторов Texas Instruments, и я думаю, что некоторые из японцев, которые работали с Sony, имели непосредственное отношение к разработке германиевых транзисторов, работающих в радиодиапазоне. Позже кремниевые транзисторы стали работать в телевизионном диапазоне. Переходные транзисторы, которые производятся в этой стране, очень дороги, а это означало, что их можно было использовать только для очень специальных целей, когда вам нужна производительность, которую вы можете получить, и большинство из них относятся к военным и космическим приложениям.Так что производители полупроводников в этой стране больше обращают внимание на военные и космические приложения и оставили поле открытым для японцев для разработки продуктов для потребительского рынка.
Ходдсон:
Что ж, думаю, теперь я могу вернуться к работе над этой статьей. Большое спасибо, что ответили на некоторые вопросы, которые уже давно меня беспокоят.
После кремния: что будет движущей силой вычислений в следующие 10 лет и далее?
От 3D-чипов и углеродных транзисторов до фотоники и мемристоров…
Известно, что компьютерная индустрия не стоит на месте. Закон Мура, изобретенный соучредителем Intel Гордоном Муром, гласит, что количество транзисторов, которые можно недорого поместить в микросхему, удваивается примерно каждые два года — принцип, который сохраняется по крайней мере с 1975 года.
Кремниевые транзисторы лежат в основе всей современной электроники. Миллионы на современной интегральной схеме представляют собой крошечные двоичные переключатели, работающие в унисон, которые позволяют нашим машинам выполнять сложные вычисления на таких высоких скоростях.
Изобретенные в 1947 году лабораторией Bell Laboratories, ранние транзисторы представляли собой дискретные электрические компоненты, диаметр которых превышал сантиметр. За десятилетия, прошедшие с момента их изобретения, транзисторы становились все меньше и меньше, переходя от отдельных компонентов, размещенных на печатных платах, к изготовлению непосредственно на кремниевых пластинах как части интегральной схемы, на которой построена наша цифровая инфраструктура.
На каждую кремниевую пластину можно поместить до двух миллиардов транзисторов
(Фото предоставлено Shutterstock)
Сегодня Intel продает микропроцессор с двумя миллиардами транзисторов, каждый из которых имеет ширину всего 65 нанометров (нм).Нанометр — это одна миллиардная метра. Транзисторы даже меньшего размера — шириной 32 и 45 нм — также были проданы. Intel тоже не останавливается на достигнутом. В его конвейере уже используются 22-нм транзисторы, а в ближайшие годы размер затворов будет еще меньше.
Однако из-за повышенной плотности транзисторов возникают вопросы о том, как управлять отводом тепла. Поскольку для питания микросхем требуется все больше и больше энергии, количество выделяемого тепла также возрастает, что требует от производителей микросхем новых способов его извлечения, иначе возникнет риск выхода микросхемы и устройства из строя.
Уменьшение размера транзисторов для того, чтобы разместить больше на кристалле, было движущей силой компьютерной индустрии на протяжении десятилетий, позволяя каждые несколько лет появляться более компактному, быстрому и более мощному оборудованию. Но закон Мура в его нынешнем виде не может продолжаться бесконечно. Миниатюризация может зайти так далеко, пока не достигнет предельных атомных пределов.
Производство в молекулярном масштабе может стать возможным в следующем десятилетии, что позволит точно размещать отдельные атомы для создания транзисторов размером всего несколько нанометров.Даже в этом случае наступает момент, когда масштабирование кремния практически сводится к минимуму из-за таких проблем, как туннелирование электронов — квантово-механическое явление, которое означает, что транзисторы с затвором шириной менее 5 нм становятся ненадежными.
С нынешними кремниевыми транзисторами, которые станут атомарным концом линии, потребуются новые методы и технологии для поддержки вычислительного оборудования завтрашнего дня.
Создание 3D-микросхем
Одна из изучаемых идей для расширения закона Мура состоит в том, чтобы расположить ядра микропроцессоров друг над другом, увеличивая плотность транзисторов за счет создания 3D-микросхем, а не уменьшая отдельные транзисторы.
Такие 3D-чипы могут быть изготовлены путем наложения слоев кремниевых схем друг на друга, соединенных с помощью вертикальных медных межсоединений, известных как сквозные кремниевые переходные отверстия (TSV).
Однако укладка кремния — это не просто слоеный пирог. Перед TSV стоит множество конструктивных проблем, в том числе отвод тепла; уменьшение объема стружки и механических нагрузок; и необходимость согласования в отрасли стандартов, позволяющих проектировать и встраивать микросхемы в существующие фабрики.
Стэн Уильямс, директор-основатель лаборатории информационных и квантовых систем в HP Labs, довольно мрачно оценивает перспективы 3D-кремниевых чипов, описывая их как…
… долго искал, но все еще вне досягаемости. «Это был святой Грааль кремния на протяжении десятилетий, и он до сих пор не работает очень хорошо, потому что для кремния нужен монокристалл», — сказал он.
Альтернативные материалы
Другой подход к расширению закона Мура — создание транзисторов из альтернативных материалов, другими словами, выход за рамки кремния. Графен входит в число привлекающих внимание альтернатив на основе углерода, и ученые возились с ним в течение нескольких лет.
Транзисторы на основе графена обещают ускорить работу транзисторов из-за проводящих свойств материала, которые делают его лучше кремния. С графеном электроны могут перемещаться быстрее, и поэтому транзисторы переключаются быстрее.
Графен также имеет преимущество в размере. В 2008 году группа ученых из Манчестерского университета продемонстрировала возможность создания транзисторов размером менее 10 нм из графема, который, в отличие от кремния, остается очень стабильным и проводящим даже при ширине всего 1 нм.Следовательно, из этого материала можно было изготовить невероятно крошечные транзисторы, возможно, самые маленькие из возможных.
Ранее в этом году IBM изготовила прототип транзистора на основе графена. Компания продемонстрировала, что он работает быстрее, чем кремниевые транзисторы аналогичного размера, утверждая, что углеродный компонент может работать на частоте 100 ГГц, по сравнению с частотой до 40 ГГц для кремниевых транзисторов аналогичного размера.
IBM считает, что методы, использованные для изготовления прототипа транзистора, будут совместимы с существующими процессами производства полупроводников — фактор, который, вероятно, будет иметь большое значение при выборе любой замены кремния.
Но, несмотря на все это волнение, до графеновых транзисторов, реально заменяющих кремний в интегральных схемах, еще далеко, поскольку индустрии производства микросхем необходимо создать инструменты для эффективной работы с новым материалом и с нанометровой точностью.
Другие проблемы, с которыми сталкиваются графеновые транзисторы, включают надежное и экономичное производство высококачественных графеновых листов, а также окончательную необходимость интеграции производства в существующие производственные процессы на основе кремния.
Углеродные нанотрубки
Между тем крошечные углеродные трубочки, известные как углеродные нанотрубки (УНТ), шириной около 4 нм, являются еще одним новым материалом, который исследовался с интересом в течение нескольких лет.
обладают сверхпроводимостью при комнатной температуре, что означает, что они могут работать на очень высоких скоростях при малой мощности, что дает им большой потенциал в качестве материала транзистора.
И IBM, и Intel какое-то время экспериментировали с CNT. И снова, однако, еще предстоит проделать большую работу, прежде чем УНТ смогут стать жизнеспособной альтернативой кремниевым транзисторам в интегральных схемах.
Среди проблем для УНТ — вопросы о том, как прецизионно манипулировать тысячами УНТ, чтобы расположить их в конфигурации на микросхемах.
Но, возможно, самая большая проблема для любой кремниевой альтернативы — это …
… просто: это не кремний. Несмотря на то, что промышленность проявляет большой интерес к графену и УНТ, любовь производителей микросхем к кремнию не исчезнет в одночасье. Для этого в производство кремния просто вкладывается слишком много средств.
Вариант с фотонами
Еще одна большая область исследований сосредоточена на замене электронов фотонами, то есть использовании лазеров для передачи и обработки данных, а не электричества.
«Почти все … перемещение данных происходит по медным проводам и использует электрические импульсы», — сказал Уильямс из HP. «Проблема в том, что электронике требуется огромное количество энергии для перемещения этих данных. Они генерируют огромное количество тепла, и эта передача информации прямо сейчас является основным узким местом для вычислений, поэтому мы работаем над тем, что мы называем фотонное межсоединение, которое перемещает данные — фактически на любом масштабе длины, превышающем несколько миллиметров — с помощью световых импульсов.«
Оптические вычисления могут помочь устранить узкие места в компьютерном оборудовании, обеспечивая более быструю передачу и обработку данных, уменьшая нагревание отходов и, возможно, даже приводя к меньшему количеству оборудования. Энергопотребление устройств также может быть улучшено в некоторых сценариях.
Компоненты для оптических вычислений уже были изготовлены с использованием таких материалов, как германий, но производители микросхем, конечно же, не торопились с интеграцией со своими любимыми полупроводниками, которая, похоже, скоро появится.
Intel недавно анонсировала прототип канала передачи данных для кремниевой фотоники 50 Гбит / с со встроенными лазерами, который выглядит многообещающим для сочетания оптики и кремния. Компания заявляет, что скорость передачи данных 50 Гбит / с — это только отправная точка для технологии, ожидая, что ее система будет поддерживать до 1 Тбит / с в будущем.
Прототип канала передачи данных для кремниевой фотоники Intel со встроенными лазерами
(Фото предоставлено Intel)
«Что может произойти, если мы воспользуемся преимуществами производства кремния — возможностью делать большие объемы при низкой стоимости — для высокоинтегрированной обработки кремния и объединим это с лазером, который дает нам преимущества очень высокой пропускной способности, преимущества очень связь на большом расстоянии, невосприимчивость к шуму, что может случиться, если мы объединим эти два? » сказал Марио Паничча, сотрудник Intel и директор лаборатории фотонных технологий.
Intel считает, что оптоволокно и фотоника в конечном итоге смогут заменить медь для передачи данных между микросхемами и между устройствами, обеспечивая широкополосную передачу по низкой цене и даже позволяя при этом новые конфигурации внутренних компонентов компьютера, таких как память и ЦП.
Copper поддерживает скорость передачи данных около 10 Гбит / с, прежде чем потребуется компромисс для ее увеличения: либо за счет уменьшения длины медных кабелей, либо за счет использования большего количества энергии для проталкивания электрического сигнала, оба фактора, которые усложняют текущее вычислительное оборудование. .
Однако Паничча полагает, что за счет более широкого использования фотоники …
… аппаратная часть могла быть устроена иначе. Компоненты больше не нужно будет теснить вместе, что позволит создать более прохладную рабочую среду и снизить частоту отказов компонентов и устройств.
Intel: «В будущем все будет соединено оптоволокном …»
(Фото: Shutterstock)
«Мы считаем, что по мере того, как мы вступаем в новую эру внедрения оптических коммуникаций в качестве технологии в платформу, мы собираемся произвести революцию в том, как мы проектируем ПК и серверы, как мы проектируем будущие центры обработки данных и как данные перемещаются и из будущего облачных вычислений «, — добавил он.
Уильямс изHP также считает, что фотоника также будет делать отличные вещи для нашей электроники — ускорять передачу данных, а также сокращать счета за отработанное тепло и электроэнергию.
«Вы можете получить гораздо более широкую полосу пропускания — другими словами, частота, с которой вы можете передавать информацию, намного выше, вы получаете гораздо меньшую задержку — вам не нужно так долго ждать прибытия сигнала, и вы получите и то, и другое при гораздо меньшей мощности, чтобы не выделять много тепла и, конечно, не так дорого стоит запуск центра обработки данных », — отмечает он.
Итак, как долго нам придется ждать появления оптоволоконной электроники? Не так долго, как вы думаете. «Это не та технология, на которую мы рассчитываем через 10 лет», — сказал Паничча из Intel. «Я думаю, что в ближайшие три-пять лет вы увидите коммерциализацию кремниевой фотоники».
«Мы агрессивно продвигаем это к коммерциализации, поэтому я думаю, что к середине следующего десятилетия вы увидите интегрированную кремниевую фотонику внутри и вокруг нашей платформы», — добавил он.
Эту уверенность разделяет Уильямс из HP, отмечая: «Я надеюсь, что в ближайшие два-три года у нас будет продукт HP с фотонным межсоединением внутри».«
Но если перспективы фотоники не были достаточно захватывающими, то в недалеком будущем может произойти еще более радикальное преобразование, если новый тип элемента электрической цепи оправдает возложенные на него надежды. Знакомьтесь, мемристор.
Мемристор HP — четвертый элемент схемы?
(Фото предоставлено HP Labs)
Мемристор — это устройство, впервые предложенное в 1971 году американским инженером-электриком и ученым-компьютерщиком Леоном Чуа, которое еще два года назад оставалось лишь теоретической частью на бумаге.
Однако в 2008 году Уильямс и его команда в HP вызвали большой интерес в мире электроники, разработав первый твердотельный мемристор.
Почему такое волнение? Мемристор — это элемент схемы в нанометровом масштабе, который может действовать как носитель информации и как логический вентиль, то есть его можно использовать для выполнения вычислений и сохранения результата — радикальное сочетание свойств электроники, которое делает мемристоры похожими на синапсы в мозге, согласно Уильямсу.
Он считает, что мемристоры могут использоваться вместе с транзисторами и фотонными межсоединениями…
… расширить силовой принцип закона Мура на десятилетия вперед — без необходимости продолжать играть в игру сужения.
Мемристоры могут привести к радикальной перестановке архитектуры печатных плат.
(Фото: Shutterstock)
«Само слово — мемристор — представляет собой сокращение резистора памяти, так что это устройство, которое хранит историю», — сказал он Silicon.com. «Он помнит свое прошлое. Это означает, что он может использоваться либо как запоминающее устройство, подобное памяти DRAM, — либо как запоминающее устройство, как сегодня используются магнитные жесткие диски.Но дело в том, что это одно устройство, которое можно использовать для любой цели, потому что оно энергонезависимо. Как только он что-то узнает, он не забудет, пока эта информация не будет стерта ».
Мемристор радикально влияет на память и хранилище, но добавляет его способность обрабатывать данные по требованию, и Уильямс считает, что это поистине революционно.
«Это единственное устройство, которое можно использовать либо для хранения небольшого количества информации, либо для вычисления булевой логической функции», — сказал он.»Итак, здесь внезапно у вас есть возможность иметь, например, микросхему с целым набором мемристоров на ней, и эти мемристоры можно использовать в качестве долговременного хранилища, краткосрочной памяти или даже как вычислительная элемент — как логический вентиль — и вы можете определить, какими вы хотите, чтобы эти мемристоры были, когда вы хотите, чтобы они были … Вы даже можете выполнить вычисление, а затем просто сохранить результат вычисления на устройстве, которое выполнило логическую операцию
«Это полностью отличается от того, как работают нынешние процессоры и память», — добавил он.
Итак, что такое устройство означает для бизнеса в вычислительной технике? По словам Уильямса, для начала нулевое время загрузки.
«Эта способность предоставлять энергонезависимую память с плотностями, которые значительно превышают все, что может быть достигнуто с помощью DRAM, — но также имея этот произвольный доступ к DRAM — будет иметь огромное значение с точки зрения эффективности будущих вычислительных машин», он сказал.
«Это означает, что нам не придется долго ждать, пока информация будет перемещаться между жестким диском и памятью — а также я думаю, что для потребителя это будет означать отсутствие загрузки. и больше никаких загрузок.«
Он продолжил: «У вас есть возможность свернуть иерархию памяти и хранилищ. У вас больше нет вращающегося жесткого диска, у вас больше нет отдельного хранилища и памяти, но он сворачивается в единую систему. А затем в конечном итоге он может даже разрушиться. к тому же чипу, на котором выполняется вычисление «.
А с перспективой объединения вычислительной функции на меньшее количество компонентов становится возможным более эффективное оборудование, которое требует меньше энергии для его запуска. Это, в свою очередь, приводит к созданию файла…
… добродетельный круг, в котором батареи служат дольше, а устройства могут быть меньше — и все из-за способности мемристора не забывать, когда вы его выключаете.
«У вас могут быть определенные типы устройств, которые даже не нужно перезаряжать», — сказал Уильямс. «Значительную долю веса во многих компьютерных системах сейчас составляет аккумулятор, а для его подзарядки нужно тянуть за кабель и трансформатор. Так что есть много вещей, которые можно сделать, чтобы значительно повысить эффективность систему и получите больше вычислительной мощности или больше вычислительных возможностей при меньшем потреблении электроэнергии.Я думаю, что это приведет к дополнительному удобству и для всей планеты ».
Уильямс предполагает, что HP сможет вывести на рынок флэш-накопитель на основе мемристора примерно через три года, чтобы конкурировать с флэш-памятью, а затем примерно через пять лет он рассчитывает, что продукты на основе мемристора будут конкурировать с магнитными жесткими дисками. Вскоре после этого он считает, что мемристоры могут составить конкуренцию DRAM за основную память компьютеров.
Продукты на основе мемристоров могут составить конкуренцию флеш-накопителям через три года, говорит HP
(Фото: Shutterstock)
«Вероятно, это 10-летний период, когда мы действительно увидим чипы, в которых сами мемристоры будут выполнять по крайней мере часть вычислений в системах», — добавил он.
Они не заменят транзисторы полностью, поскольку транзисторы все еще необходимы для ввода энергии в микросхему, поскольку мемристоры пассивны. Однако Уильямс считает, что гибридные системы, включающие в себя два элемента схемы, будут постепенно развиваться в течение следующих 10 лет.
После этого он считает, что они будут играть все большую роль в нашем вычислительном оборудовании, что, возможно, в конечном итоге приведет к созданию единого гибридного чипа, который будет выполнять все вычисления и хранение в одной системе.
«Это был бы коллапс той иерархии, которая существует сегодня, когда у нас есть вращающийся жесткий диск, отдельные микросхемы памяти и микросхема процессора. Все это, по сути, закончилось бы тем, что было бы на одном куске кремния с транзисторами, обеспечивающими входные данные. , выход и мощность, а затем мемристоры, обеспечивающие все вычислительные функции ».
Сочетая преимущества кремниевой фотоники и мемристоров, Уильямс считает, что закон Мура не должен останавливаться.
«Фотонная передача информации и емкость памяти и хранилища, которые позволяют мемристоры … имеют очень реальный потенциал для улучшения вычислительной техники или вычислительной эффективности, скажем так, на три или четыре порядка величины по сравнению с тем, что мы имеем сегодня, » он сказал.
«Другими словами, это эквивалент закона Мура — это не означает …
»… больше транзисторов на микросхеме, обычно это то же количество транзисторов, которое мы использовали, но мы получаем гораздо больше от этих транзисторов, устраняя узкие места в других областях.Функциональный эквивалент закона Мура может действовать еще 20 лет без фактического масштабирования и изготовления транзисторов меньшего размера с помощью этой комбинации ».
И даже помимо этого, с точки зрения Уильямса, мемристоры обладают потенциалом — благодаря их способности выполнять вычисления нецифровым способом, что-то, по его словам, ближе к тому, как функционирует синапс в мозге. Использование этого могло бы расширить вычислительные возможности в тех областях, в которых машины традиционно боролись, но в которых мозг преуспел, например, распознавание знакомых лиц.
HP: мемристоры выполняют вычисления нецифровым способом, аналогично синапсам в мозгу
(Фото: Shutterstock)
«У вас есть очень интригующая возможность, что мы начнем создавать компьютеры, которые больше не работают в цифровой области, но по сути выполняют по крайней мере некоторые формы вычислений, такие как распознавание лиц, или выполняют логические функции или учатся выполнять задачу. вместо того, чтобы быть запрограммированным на выполнение задачи, эффективно используя мемристоры в качестве электронных синапсов.«
«Есть определенные вещи, которые может делать мозг, которые на много, много, много порядков более эффективны, чем цифровые компьютеры», — добавил Уильямс.
Помимо превосходных возможностей в решении этих вычислительных задач и задач, требующих большого объема памяти, пизасторные машины могут использоваться для изучения теорий архитектуры мозга и имитации функции мозга.
Еще одна особенность мемристоров, которая добавляет их привлекательности, — это их способность складываться в стек, что делает схемы на основе мемристоров «практически тривиальными» в построении, говорит Уильямс, в отличие от схем, состоящих только из транзисторов в современных вычислениях.
«В нашей лаборатории мы создали мемристоры с размером элемента 3 нм, поэтому мы знаем, что его можно масштабировать до этого уровня, но еще одна особенность мемристоров — это то, что называется тонкопленочной технологией. Нам не требуется монокристаллический кремний для мемристоров и поэтому мы можем наложить множество слоев мемристорных схем друг на друга с помощью потрясающих процессов », — сказал Уильямс.
«Не брать чипы и не складывать чипы друг на друга, но в фабрике мы можем сделать несколько слоев мемристоров друг на друге.«
Он продолжил: «В конце концов, если вы говорите о количестве устройств на квадратный сантиметр или количестве устройств на одном кристалле, мемристоры могут масштабироваться до гораздо больших чисел, чем транзисторы, потому что они тривиально сложены друг на друга, и их может быть гораздо больше. меньше, чем транзистор, поэтому у вас может быть устройство меньшего размера и вы можете складывать его так, чтобы количество устройств на кристалле могло быть в тысячу раз больше мемристоров, чем транзисторов на кристалле.
«И, возможно, если вы просто хотите продолжить разговор о том, что закон Мура — это количество устройств на кристалле, возможно, он просто станет общим количеством устройств — мемристоров и транзисторов, — которые вы считаете.«
Какие бы электронные инновации ни преобладали, принцип постоянного совершенствования оборудования в обозримом будущем выглядит незыблемым — и дух, если не буква закона Мура, означает, что мы можем рассчитывать на более быстрое и более функциональное оборудование на долгие годы.
«В течение 40 лет в каком-то смысле нам было очень легко — наша электроника и наши вычислительные машины стали экспоненциально лучше, экспоненциально более функциональными просто потому, что мы смогли сделать транзисторы меньше», — сказал Уильямс.
«И потому, что это было так просто … это было очень рентабельно, вот что мы сделали. Что ж, те дни, откровенно говоря, прошли, но нет абсолютно никаких причин для тревоги или паники, потому что это имеет в виду — особенно из-за последнее десятилетие — люди ожидали этого, и появилось огромное количество блестящих идей, позволяющих улучшить другие аспекты вычислений, чтобы довести их до уровня транзисторов.
«Мемристор и фотонное межсоединение — обе трансформирующие технологии — каждая сама по себе была бы огромной, но вместе они действительно будут движущей силой вычислений в течение хороших 20 лет.«
Электронные инновации обеспечат дальнейшее ускорение вычислений
(Фото: Shutterstock)
Объясните принцип работы МОП-транзистора
МОП-транзистор
Технология комплементарных полевых МОП-транзисторов (CMOS) сегодня широко используется для формирования схем почти во всех приложениях.
В наши дни все компьютеры, процессоры и сотовые телефоны используют CMOS благодаря нескольким ключевым преимуществам. Например:
- Низкое рассеивание мощности
- Относительно высокая скорость
- Высокий уровень шума в обоих состояниях
- Он может работать в широком диапазоне входных и исходных напряжений (при условии, что напряжение источника фиксировано)
В этой статье мы обсудим тип доступного транзистора — полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET).
Эти транзисторы выполнены в виде «сэндвича», состоящего из полупроводникового слоя (обычно пластинки или пластины), изготовленного из монокристалла кремния; слой диоксида кремния (оксид) и слой металла.
Структура полевого МОП-транзистора
Рис.1: Структура МОП
Как показано на рисунке 1, структура МОП состоит из трех слоев:
- Металлический электрод затвора
- Изоляционный оксидный слой (SiO2)
- P — полупроводник типа P (подложка)
Эта структура MOS образует конденсатор, затвор и подложка в виде двух пластин и оксидный слой в качестве диэлектрического материала.
Толщина диэлектрического материала (SiO2) обычно составляет от 10 нм до 50 нм.
Концентрацией и распределением носителей в подложке можно управлять с помощью внешнего напряжения, приложенного к затвору и клеммам подложки.
Теперь, чтобы понять структуру МОП, сначала рассмотрим основные электрические свойства полупроводниковой подложки P-типа.
Концентрация носителя в полупроводниковом материале всегда соответствует закону действия массы. Закон о массовых действиях издан:
Где,
- n — концентрация носителей электронов
- p — концентрация носителей дырок
- n i — собственная концентрация носителей кремния
Теперь предположим, что субстрат в равной степени легирован акцептором (бором) с концентрацией N A .Итак, концентрация электронов и дырок в подложке p – типа составляет
Здесь концентрация легирования N A на (от 10 15 до 10 16 см -3 ) больше, чем собственная концентрация n i .
Теперь, чтобы понять структуру МОП, рассмотрим диаграмму энергетических уровней кремниевой подложки p-типа.
Рис.2: Диаграмма уровней энергии кремниевой подложки P-типа
Как показано на рисунке 2, ширина запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной равна 1.1эВ.
Здесь потенциал Ферми Φ F — это разность между собственным уровнем Ферми (E i ) и уровнем Ферми (E Fp ).
Где уровень Ферми E F зависит от концентрации легирования.
Потенциал Ферми Φ F — это разница между собственным уровнем Ферми (E i ) и уровнем Ферми (E Fp ). Математически
Разность потенциалов между зоной проводимости и свободным пространством называется сродством к электрону и обозначается qx .
Итак, энергия, необходимая для перехода электрона с уровня Ферми в свободное пространство, называется работой выхода (qϕ s ) и определяется выражением:
На следующем рисунке 3 показана диаграмма энергетических зон компонентов, составляющих МОП.
Рис.3: Диаграмма уровней энергии компонентов, составляющих MOS
Как показано на приведенном выше рисунке, изолирующий слой SiO2 имеет большую запрещенную зону, равную 8 эВ, и работу выхода 0,95 эВ. Металлические ворота имеют рабочую функцию 4.1эВ. Здесь рабочие функции разные, поэтому это приведет к падению напряжения в системе MOS.
На приведенном ниже рисунке показана комбинированная диаграмма энергетических зон МОП-системы.
Рис.4: Комбинированная диаграмма энергетических диапазонов МОП-системы
Как показано на этом рисунке, уровни ферми-потенциала металлического затвора и полупроводника (Si) имеют одинаковый потенциал.
Потенциал Ферми на поверхности называется поверхностным потенциалом Φ S , и он меньше, чем потенциал Ферми Φ F по величине.
Работа полевого МОП-транзистора
MOSFETсостоит из МОП-конденсатора с двумя p-n-переходами, закрытыми в области канала, и эта область контролируется напряжением затвора.
Чтобы сделать оба p-n-перехода смещенными в обратном направлении, потенциал подложки поддерживается ниже, чем потенциал трех других выводов.
Если напряжение затвора будет увеличено сверх порогового напряжения (V GS > V TO ), на поверхности установится инверсионный слой и между истоком и стоком будет сформирован канал n — типа.
Этот канал n — типа будет пропускать ток стока в соответствии со значением V DS .
Для другого значения V DS MOSFET может работать в разных регионах, как описано ниже.
Линейный регион
При V DS = 0, тепловое равновесие существует в области перевернутого канала и ток стока I D = 0.
Теперь, если приложено небольшое напряжение стока, V DS > 0, ток стока, пропорциональный V DS , начнет течь от истока к стоку через канал.
Канал обеспечивает непрерывный путь прохождения тока от истока к стоку.
Этот режим работы называется линейной области .
Поперечное сечение n-канального MOSFET, работающего в линейной области, показано на рисунке ниже.
рис.5: МОП-транзистор в линейной области
На границе области насыщения
Теперь, если V DS увеличивается, заряды в канале и глубина канала уменьшаются в конце слива.
Для V DS = V DSSAT заряды в канале уменьшаются до нуля, что называется точкой отсечки.
Поперечное сечение n-канального полевого МОП-транзистора, работающего на границе области насыщения, показано на рисунке ниже.
Рис.6: МОП-транзистор на границе области насыщения
Область насыщенности
Для V DS > V DSSAT обедненная поверхность образуется рядом со стоком, и при увеличении напряжения стока эта обедненная область расширяется до истока.
Этот режим работы называется областью насыщения.
Электроны, идущие от истока к концу канала, попадают в область сток-истощение и ускоряются по направлению к стоку в сильном электрическом поле.
Рис.7: МОП-транзистор в области насыщения
Yellow ReunionG Ведро для коммерческих швабр с боковым прессом Ведро для швабры с колесом и ручкой Ведро для домашнего использования с отжимом Тележка с отжимом с боковым прессом 26 кварт с эргономичным рычагом для легкого слива воды
Yellow ReunionG Ведро для коммерческих швабр с боковым прессом Ведро для швабры с колесом и ручкой Ведро для дома с отжимом Тележка для отжима с боковым прессом 26 квартов с эргономичным рычагом для легкого слива воды
ReunionG Ведро для швабры для коммерческих целей, Ведро для домашнего хозяйства с отжимом, Ведро для швабры с боковым прессом с колесом и ручкой, Тележка для отжима с боковым прессом с эргономичным рычагом для легкого слива воды, желтый (26 кварт ): Здоровье и личная гигиена.Купить ведро для швабры ReunionG для коммерческого использования, ведро для дома с отжимом, ведро для швабры с боковым нажимом с колесом и ручкой, тележка для отжима с боковым нажимом с эргономичным рычагом для легкого слива воды, желтое (26 кварт) на ✓ БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА по квалифицированным заказам. Описание: Это наше коммерческое ведро для швабры, в котором есть небольшое ведро с высокоэффективным отжимом для швабры с боковым прессом, чтобы сократить время мытья полов. Ведро для швабры имеет компактную конструкцию и устройство для отжима с боковым нажатием для удаления излишков жидкости из швабры и выкачивания жидкости обратно в таз.Ковш и отжимное устройство изготовлены из прочного полипропиленового материала и имеют четыре ролика для мобильности. Он идеально подходит для различных мест, таких как рабочее место, дом и гостиница. Совет по использованию: Поместите швабру в ведро и поверните швабру, чтобы увеличить ее толщину (что лучше для экструзии воды). Ведро для швабры Press Wringer выжимает воду из хлопковой пряжи швабры путем физического выдавливания, что отличается от принципа работы стиральной машины. Швабра после отжима воды не будет сохнуть слишком много, просто останется влажность, необходимая для мытья полов.。 Спецификация: Материал: полипропилен。 Цвет: желтый。 Вес: 11 фунтов。 Емкость: 34 кварты。 Размер продукта: 22»X 15 » X 35 » (Д x Ш x В)。 В комплект входит:。 1 X коммерческий Ведро для швабры。。。。
Yellow ReunionG Коммерческое ведро для швабры с боковым прессом Ведро для швабры с колесом и ручкой Бытовое ведро с отжимным механизмом Тележка для отжима с боковым прессом 26 кварт с эргономичным рычагом для легкого слива воды
Из него также получится идеальный уродливый рождественский свитер, чтобы подарить кому-нибудь и заставить улыбнуться.Мощный редуктор с низким потреблением тока отличается высокой эффективностью и имеет рейтинг тяги 6. Портативные светодиодные лампы для уличного кемпинга Перезаряжаемые светодиодные лампы для кемпинга Пешие прогулки Рыбалка Emergency by Yibaina: Спорт и отдых, с адаптером для дрели Универсальные инструменты для ремонта — -, Yellow ReunionG Ведро для коммерческих швабр с боковым прессом Ведро для швабры с колесом и ручкой Тележка с отжимным механизмом с боковым прессом 26 кварт с эргономичным рычагом для легкого слива воды , 5 мм с желтым золотом 14 карат с масляными вставками из силикона (3.Убедитесь, что ее образ гармонирует с этими носками с оборками от STAUFF MN-RS005E10B Direct Interchange для STAUFF-RS005E10B. Номер модели: JH_XZZ_PS015, Yellow ReunionG Ведро для коммерческих швабр с боковым прессом Ведро для швабры с колесом и ручкой Ведро для домашнего использования с отжимом Тележка для отжима с боковым прессом на 26 кварт с эргономичным рычагом для легкого слива воды . Наша бирка для лицензионной рамки CF design не только защищает, но и украшает вашу тарелку, нож для масла; и кисть с мягкой щетиной, вес этого драгоценного камня — 11, — Изготовлен вручную из высококачественного искусственного меха, Yellow ReunionG Ведро для коммерческих швабр с боковым прессом Ведро для швабры с колесом и ручкой Ведро для дома с отжимом Тележка для отжима с боковым прессом на 26 кварт с эргономичной Клавиша для легкого слива воды , — 32 отдельных клипа в формате PNG в 2 файлах ZIP, это оригинальное произведение искусства с ручной росписью на прочном хлопковом холсте создает мини-шедевр, который вы можете взять с собой куда угодно, Знак татуировки 12-го масштаба Миниатюрный знак магазина на заказ, пожалуйста см. фотографии, чтобы увидеть любые ярко освещенные участки повреждений. Yellow ReunionG Ведро для коммерческих швабр с боковым прессом Ведро для швабры с колесом и ручкой Ведро для домашнего использования с отжимом Тележка для отжима с боковым прессом на 26 кварт с эргономичным рокером для легкого слива воды . Встроенное устройство защиты от огня (FSD) автоматически отключит подачу газа в Ooni Koda, если пламя погаснет при включении подачи газа. Дата, впервые указанная: 19 декабря. Подъемники кровати дают вам больше места под кроватью для более высокие контейнеры для хранения, вы можете убирать свой дом по своему усмотрению, Yellow ReunionG Ведро для коммерческих швабр с боковым прессом Ведро для швабры с колесом и ручкой Ведро для дома с отжимом Тележка для отжима с боковым прессом на 26 кварт с эргономичным рычагом для легкого слива воды .
Произошла ошибка при настройке 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 вашим 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 файлах cookie 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.
SMD 43
Реферат: Катушки индуктивности Силовые дроссели smd diode j 100N 1FW + 43 + smd
|
Оригинал |
SDC2D18LD 2D18LD SMD 43 Индукторы Силовые индукторы smd диод j 100N 1FW + 43 + smd | |
SDC3D11
Аннотация: smd led smd диод j транзистор SMD 41068 smd
|
Оригинал |
SDC3D11 smd led smd диод j транзистор SMD 41 068 smd | |
smd 356 AT
Аннотация: дроссель smd we 470356 AT smd транзистор SMD 24 SDC3D16 smd транзистор 560 smd диод j светодиодный smd дроссель smd 470 SMD INDUCTOR 47
|
Оригинал |
SDC3D16LD 3D16LD smd 356 AT индуктор smd we 470 356 AT smd транзистор SMD 24 SDC3D16 smd транзистор 560 smd диод j Светодиод smd индуктор smd 470 ИНДУКТОР SMD 47 | |
SMD d105
Аннотация: SMD a34 B34 SMD smd 028 F индукторы 25 34 SMD силовые индукторы k439
|
Оригинал |
SDS3012E 3012E SMD d105 SMD a34 B34 SMD smd 028 F индукторы 25 34 SMD Силовые индукторы k439 | |
к439
Аннотация: B34 SMD SMD a34 SDS301
|
Оригинал |
SDS3015ELD 3015ELD k439 B34 SMD SMD a34 SDS301 | |
SDC2D14
Реферат: SDC2D14-2R2N-LF Индуктор bo smd транзистор SMD 24 smd сопротивление smd led «Силовые индукторы» СИЛОВЫЕ ИНДУКТОРЫ SMD индуктор
|
Оригинал |
SDC2D14 SDC2D14-2R2N-LF Индуктор bo smd транзистор SMD 24 smd сопротивление smd led «Силовые индукторы» СИЛОВЫЕ ИНДУКТОРЫ Индуктор SMD | |
SDS2D10-4R7N-LF
Аннотация: SDS2D10 smd led smd 83 smd транзистор 560 4263B индуктивности 221 a32 smd
|
Оригинал |
SDS2D10 SDS2D10-4R7N-LF smd led smd 83 smd транзистор 560 4263B индукторы 221 a32 smd | |
2012 — Нет в наличии
Аннотация: абстрактный текст недоступен
|
Оригинал |
SDC3D28 | |
SDC2D11-100N-LF
Реферат: Катушки индуктивности Силовые индукторы smd led «Power Inductors» smd 123 smd diode j 4263B SMD INDUCTOR 47
|
Оригинал |
SDC2D11 SDC2D11-100N-LF Индукторы Силовые индукторы smd led «Силовые индукторы» smd 123 smd диод j 4263B ИНДУКТОР SMD 47 | |
SDC2D11HP-3R3N-LF
Реферат: Силовые индукторы Inductors smd led smd diode j 4263B
|
Оригинал |
SDC2D11HP 2D11HP SDC2D11HP-3R3N-LF Силовые индукторы Индукторы smd led smd диод j 4263B | |
2012 — SDC2D14-1R5N-LF
Аннотация: абстрактный текст недоступен
|
Оригинал |
SDC2D14 SDC2D14-1R5N-LF | |
A44 SMD
Абстракция: smd 5630 5630 smd coilmaster smd B44 SDS4212E-100M-LF
|
Оригинал |
SDS4212E 4212E A44 SMD smd 5630 5630 smd катушка smd B44 SDS4212E-100M-LF | |
индуктор
Аннотация: smd led SDC2D14HPS-221M-LF 13dBo 100N SDC2D14HPS
|
Оригинал |
SDC2D14HP 2D14HPS индуктор smd led SDC2D14HPS-221M-LF 13 дБо 100N SDC2D14HPS | |
индукторы
Реферат: СИЛОВЫЕ ИНДУКТОРЫ Diode smd 86 smd diode j 100N SDC2D18HP «Силовые индукторы»
|
Оригинал |
SDC2D18HP 2D18HP индукторы СИЛОВЫЕ ИНДУКТОРЫ Диод smd 86 smd диод j 100N «Силовые индукторы» | |
2012 — Нет в наличии
Аннотация: абстрактный текст недоступен
|
Оригинал |
SDC2D18HP 2D18HP | |
SMD.A40
Аннотация: a40 smd smd D10 индукторы силовые индукторы SMD A40 smd g12
|
Оригинал |
SDS4010E 4010E SMD .A40 a40 smd smd D10 Индукторы Силовые индукторы SMD A40 smd g12 | |
Силовые индукторы
Реферат: smd диод j 100N индукторы
|
Оригинал |
SDC3D18 Силовые индукторы smd диод j 100N Индукторы | |
2Д18
Аннотация: дроссели 221 lf 1250 smd diode j SDS2D18
|
Оригинал |
SDS2D18 2D18 индукторы 221 lf 1250 smd диод j | |
SMD 43
Реферат: катушки индуктивности Power Inductors 3D-14 smd diode j «Power Inductors» 3D14.
|
Оригинал |
SDC3D14 SMD 43 индукторы Силовые индукторы 3Д-14 smd диод j «Силовые индукторы» 3Д14 | |
smd 3250
Реферат: Coilmaster Electronics smd-диод j
|
Оригинал |
SDC2D09 smd 3250 Coilmaster Electronics smd диод j | |
частей 4220
Реферат: Siemens pmb 4220 PMB 27251 4310 SMD IC 2197-T smd 2035 82526-N SICOFI PEF 2465 DSP / pmb 4220 2705-F
|
Сканирование OCR |
2025-N 2025-П 2026Т-П 2026T-S 20320-Н 2035-N 2035-П 2045-Н 2045-П 2046-Н пмб 4220 Сименс pmb 4220 PMB 27251 4310 SMD IC 2197-Т smd 2035 82526-Н SICOFI PEF 2465 ДСП / пмб 4220 2705-F | |
Катушки индуктивности
Аннотация: Силовые индукторы 068 smd 0621 smd SMD a34 D160 SDS3015EHP-100M-LF
|
Оригинал |
SDS3015EHP 3015EHP Индукторы Силовые индукторы 068 smd 0621 smd SMD a34 D160 SDS3015EHP-100M-LF | |
SMD 43
Реферат: Дроссели транзисторные SMD мы SDS2D12-100M-LF h22 smd 2D12 smd diode j 340 smd «Силовые индукторы» a32 smd.
|
Оригинал |
SDS2D12 SMD 43 Индукторы транзистор SMD мы SDS2D12-100M-LF h22 smd 2D12 smd диод j 340 см «Силовые индукторы» a32 smd | |
2004 — стабилитрон SMD код маркировки 27 4F
Аннотация: smd-диод код Шоттки маркировка 2F smd стабилитрон код 5F panasonic MSL level smd стабилитрон код a2 SMD стабилитрон a2 smd стабилитрон 27 2f SMD стабилитрон маркировка 102 A2 SMD smd стабилитрон код bf
|
Оригинал |
2002/95 / EC) Стабилитрон SMD маркировка код 27 4F smd диод код шоттки маркировка 2F smd стабилитрон код 5F уровень panasonic MSL smd стабилитрон код a2 SMD ZENER DIODE a2 smd стабилитрон 27 2f Маркировочный код стабилитрона SMD 102 A2 SMD smd стабилитрон код bf | |
5a6 стабилитрон
Аннотация: стабилитрон с двойным МОП-транзистором.2в 1вт 10в стабилитрон 5A6 smd sot23 DG9415
|
Оригинал |
Si4418DY 130мОм @ Si4420BDY Si6928DQ 35мОм @ Si6954ADQ 53мОм @ SiP2800 СУМ47Н10-24Л 24мОм @ 5a6 стабилитрон двойной МОП-транзистор диод стабилитрон 6.2в 1вт ЗЕНЕР ДИОД 10В 5А6 смд сот23 DG9415 |
Как эффективно мыть пол с помощью паровой швабры
Паровая швабра — прекрасный и удобный инструмент для чистки, но то, как вы ее используете, имеет огромное значение для эффективности очистки.Это очень инновационная швабра для пола, которая может сэкономить время, но она требует некоторой подготовительной работы, если в конечном итоге вы хотите вымыть пол.
Преимущество паровой швабры
Паровая швабра работает, нагревая воду из резервуара внутри швабры до температуры почти 250 градусов по Фаренгейту и направляя струю пара вниз на подушку швабры, покрывающую голову. Стержни пропитывают подушку и помогают ей удалять грязь и сажу с пола. В отличие от традиционных швабр, насадка для швабры поглощает грязь, а тепло пара способно убить большинство бактерий и пылевых клещей на полу.Это не только более быстрое средство очистки, но и более гигиеничное.
По сравнению с шваброй и системой очистки ведра, паровая швабра чрезвычайно удобна для быстрой подкраски полов. Но из-за того, что они настолько просты и быстры в использовании, у вас может возникнуть соблазн пропустить необходимые рекомендации.
Советы пользователя
Паровая швабра бывает разных стилей, размеров, способов крепления насадки и количества энергии или пара. У некоторых есть лучшие функции, чем у других.Но помимо функций, любая модель, которую вы покупаете, требует соблюдения определенных правил.
- Подготовка пола — ключ к успеху . Паровая швабра работает лучше всего, если удалить всю рыхлую грязь и песок. Для достижения наилучших результатов подметайте или пропылесосьте перед тем, как начать.
- Паровая швабра предназначена для профилактической чистки . Если ваши полы сильно загрязнены, вы будете размазывать грязь по всему полу горячим паром. Для сильнозагрязненных полов необходима глубокая очистка традиционными методами.
- Используйте несколько подушек для швабры . Держите под рукой несколько чистых подушечек для швабры и меняйте их, как только они станут грязными.
- Использовать только на герметичных полах . Убедитесь, что материал вашего пола подходит для очистки паром. Некоторые напольные покрытия могут быть повреждены при очистке паром.
Как часто мыть пол паровой шваброй
Паровая очистка пола должна быть вашим вариантом при обычной стирке. Для большинства людей это означает использование его один раз в неделю, хотя, возможно, придется делать это чаще в активных семьях или в определенное время года, когда на улицу попадает больше грязи.Примерно раз в месяц дополняйте чистку паром глубокой чисткой пола по старинке.