Польові транзистори є напівпровідниковими приладами. Особливістю їх є те, що струм виходу управляється електричним полем і напругою однієї полярності. Регулюючий сигнал надходить на затвор і здійснює регулювання провідності переходу транзистора. Цим вони відрізняються від біполярних транзисторів, в яких сигнал можливий з різною полярністю. Іншою відмітною властивістю польового транзистора є утворення електричного струму основними носіями однієї полярності.
різновиди
Існує безліч різних видів польових транзисторів, що діють зі своїми особливостями. Розберемося, за якими ознаками класифікуються польові транзистори.
• Тип провідності. Від неї залежить полюсність напруги управління.
• Структура: дифузійні, сплавні, МДП, з бар'єром Шотткі.
• Кількість електродів: бувають транзистори з 3-ма або 4-ма електродами. У варіанті з 4-ма електродами підкладка є окремою частиною, що дає можливість управляти проходженням струму по переходу.
• Матеріал виготовлення. найбільш популярними стали прилади на основі германію, кремнію. У маркуванні транзистора буква означає матеріал напівпровідника. У транзисторах, вироблених для військової техніки, матеріал маркується цифрами.
• Тип застосування: позначається в довідниках, на маркуванні не вказано. На практиці відомо п'ять груп застосування «полевиков»: в підсилювачах низької і високої частоти, як електронних ключів, модуляторів, підсилювачів постійного струму.
• Інтервал робочих параметрів: набір даних, при яких польовики можуть працювати.
• Особливості пристрою: Унітрон, грідістори, алкатрони. Всі прилади мають свої відмінні дані.
• Кількість елементів конструкції: комплементарні, здвоєні і т. Д.
Крім основної класифікації «полевиков», є спеціальна класифікація, що має принцип дії:
• Польові транзистори з р-n переходом, який здійснює управління.
• Польові транзистори з бар'єром Шотткі.
• «Польовики» з ізольованим затвором, які діляться:
- з індукційним переходом;
- з вбудованим переходом.
У науковій літературі пропонується допоміжна класифікація. У ній говориться, що напівпровідник на основі бар'єру Шотткі необхідно виділити в окремий клас, так як це окрема структура. В один і той же транзистор може входити відразу оксид і діелектрик, як в транзисторі КП 305. Такі методи застосовують для утворення нових властивостей напівпровідника, або для зниження їх вартості.
На схемах польовики мають позначення висновків: G - затвор, D - стік, S - витік. Підкладку транзистора називають «substrate».
Конструктивні особливості
Електрод управління польовим транзистором в електроніці отримав назву затвора. Його перехід виконують з напівпровідника з будь-яким видом провідності. Полярність напруги управління може бути з будь-яким знаком. Електричне поле певної полярності виділяє вільні електрони до того моменту, поки на переході не закінчаться вільні електрони. Це досягається впливом електричного поля на напівпровідник, після чого величина струму наближається до нуля. У цьому полягає дія польового транзистора.
Електричний струм проходить від джерела до стоку. Розберемо відмінності цих двох висновків транзистора. Напрямок руху електронів не має значення. Польовики мають властивість оборотності. У радіотехніці польові транзистори знайшли свою популярність, так як вони не утворюють шумів через уніполярності носіїв заряду.
Головною особливістю польових транзисторів є значна величина опору входу. Це особливо помітно по змінному струмі. Ця ситуація виходить через управління по зворотному переходу Шотткі з певним зміщенням, або по ємності конденсатора біля затвора.
Матеріалом підкладки виступає нелегований напівпровідник. Для «полевиков» з переходом Шотткі замість підкладки закладають арсенід галію, який в чистому вигляді є хорошим ізолятором.
До нього пред'являються вимоги:
• Відсутність негативних факторів в поєднанні з переходом, стоком і витоком: гистерезис властивостей, паразитное управління, чутливість до світла.
• Стійкість до температури під час виготовлення: несприйнятливість до епітаксії, відпалу. Відсутність різних домішок в активних шарах.
• Мінімальна кількість домішок.
• Якісна структура кристалічної решітки з найменшою кількістю дефектів.
На практиці виявляється важким створення структурного шару зі складним складом, що відповідає необхідним умовам. Тому додатковою вимогою є можливість повільного нарощування підкладки до необхідних розмірів.
Польові транзистори з р-nпереходом
У такій конструкції тип провідності затвора має відмінності від провідності переходу. Практично застосовуються різні доопрацювання. Затвор може бути виготовлений з кількох областей. В результаті найменшим напругою можна здійснювати управління проходженням струму, що підвищує коефіцієнт посилення.
У різних схемах застосовується зворотний вид переходу зі зміщенням. Чим більше зміщення, тим менше ширина переходу для проходження струму. При певній величині напруги транзистор закривається. Застосування прямого зміщення не рекомендується, так як потужна ланцюг управління може вплинути на затвор. Під час відкритого переходу проходить значний струм, або підвищена напруга. Робота в нормальному режимі створюється шляхом правильного вибору полюсів та інших властивостей джерела живлення, а також підбором точки роботи транзистора.
У багатьох випадках спеціально застосовують безпосередні струми затвора. Такий режим можуть застосовувати і транзистори, у яких підкладка утворює перехід виду р-n. Заряд від витоку розділяється на стік і затвор. Існує область з великим коефіцієнтом посилення струму. Цей режим управляється затвором. Однак, при зростанні струму ці параметри різко падають.
Подібне підключення застосовується в схемі частотного затворного детектора. Він застосовує властивості випрямлення переходу каналу і затвора. В такому випадку пряме зміщення дорівнює нулю. Транзистор також управляється затворним струмом. У ланцюзі стоку утворюється велика посилення сигналу. Напруга для затвора змінюється за законом входу і є замикаючим для затвора.
Напруга в стокової ланцюга має елементи:
- Постійна величина. Не застосовується.
- Сигнал несучої частоти. Відводиться на заземлення із застосуванням фільтрів.
- Сигнал з модулирующей частотою. Піддається обробці для отримання з нього інформації.
Як недолік затворного детектора доцільно виділити значний коефіцієнт спотворень. Результати для нього негативні для сильних і слабких сигналів. Трохи кращий результат показує фазовий детектор, виконаний на транзисторі з двома затворами. Опорний сигнал подається на один їх електродів управління, а інформаційний сигнал, посилений «польовиком», з'являється на стоці.
Незважаючи на значні спотворення, цей ефект має своє призначення. У виборчих підсилювачах, які пропускають певну дозу деякого спектру частот. Гармонійні коливання фільтруються і не впливають на якість дії схеми.
Транзистори МЕП, що означає - метал-напівпровідник, з переходом Шотткі практично не відрізняються від транзисторів з р-n переходом. Так як перехід МЕП має особливі властивості, ці транзистори можуть функціонувати на підвищеній частоті. А також, структура МЕП проста у виготовленні. Характеристики по частоті залежать від часу заряду затвора елемента.
МДП-транзистори
База елементів напівпровідників постійно розширюється. Кожна нова розробка змінює електронні системи. На їх основі виникають нові прилади та пристрої. МДП-транзистор діє шляхом зміни провідності напівпровідникового шару за допомогою електричного поля. Від цього і з'явилася назва - польовий.
Позначення МДП розшифровується як метал-діелектрик-напівпровідник. Це дає характеристику складу приладу. Затвор ізольований від витоку і стоку тонким діелектриком. МДП транзистор сучасного вигляду має розмір затвора 0,6 мкм, через який може протікати тільки електромагнітне поле. Воно впливає на стан напівпровідника.
При виникненні потрібного потенціалу на затворі виникає електромагнітне поле, яке впливає на опір ділянки стоку-витоку.
Перевагами такого застосування приладу є:
- Підвищений опір входу приладу. Це властивість актуально для застосування в ланцюгах зі слабким струмом.
- Невелика ємність ділянки стік-витік дає можливість застосовувати МДП-транзистор в пристроях високої частоти. При передачі сигналу спотворень не спостерігається.
- Прогрес в нових технологіях виробництва напівпровідників привів до розробки транзисторів IGBT, які включають в себе позитивні моменти біполярних і польових приладів. Силові модулі на їх основі широко застосовуються в приладах плавного запуску і перетворювачах частоти.
При розробці таких елементів потрібно врахувати, що МДП-транзистори мають велику чутливість до підвищеного напрузі і статичної електрики. Транзистор може згоріти при торканні до його висновків управління. Отже, при їх установці необхідно застосовувати спеціальне заземлення.
Такі транзистори володіють багатьма унікальними властивостями (наприклад, управління електричним полем), тому вони популярні в складі електронної апаратури. Також слід зазначити, що технології виготовлення транзисторів постійно оновлюється.