Полевые транзисторы

студент

Сухарев Евгений Михайлович

доцент

ФГБОУ ВО СГУПС

В статье рассматривается история возникновения полевой транзистор. Описываются работа полевого транзистора и его составляющие, полевой эффект, и способы применения.

Полевые транзисторы, изготовление, применение.

Field effect transistors

Sukharev Evgeny Mikhailovich,

Samokhin Kuzma Sergeyevich.

The article discusses the history of the field effect transistor. It describes the operation of the field-effect transistor and its components, the field effect, and methods of application.

Field effect transistors, manufacturing, application.

Применение фотолитографических процессов сделало планарную технологию универсальной. Здесь важно отметить тот факт, что на ее основе появилась возможность создания транзисторов различного назначения. Кроме этого, планарная технология позволила значительно уменьшить размеры элементов транзисторных структур, что дало возможность увеличить предельную частоту транзистора.

Старейший по времени изобретения полупроводниковый прибор — полевой транзистор. Его идея была предложена Лилиенфельдом еще за 20 лет до открытия биполярного транзистора, но в то время она не получила должного внимания.

В основу работы полевого транзистора был положен так называемый полевой эффект, то есть изменение тока, протекающего через полупроводниковый материал под действием поперечного поля. Этот эффект может быть использован для получения переменного сопротивления или конденсатора переменной емкости. Впрочем, первый полевой транзистор представлял собой не что иное, как плоскопараллельный конденсатор.

Основу прибора составляет монокристаллическая кремниевая пластина с дырочной проводимостью, на которую накладываются две зоны с электронной проводимостью. Затем поверхность пластины покрывают диэлектрическим слоем, сверху на нее наносится слой металла. При воздействии электрическим полем на металлическую пластину и контакты полупроводника меняется сопротивление полупроводникового материала, что приводит к изменению тока во внешней цепи, причем сила тока зависит от электрического поля на металлическом электроде. Этот ток изменяется при помощи электрического сигнала так же, как и в транзисторах. Таким образом, с точки зрения токопрохождения между двумя этими приборами есть существенная разница.

Транзисторный эффект возникает в глубине полупроводника за счет того, что зоны — эмиттер, база и коллектор — наложены друг на друга, а ток пересекает базу перпендикулярно к поверхности пластины. Полевой эффект возникает на поверхности. Ток течет по слою толщиной несколько микрон.

При изготовлении полевых транзисторов в качестве диэлектрика обычно используется слой двуокиси кремния. Отсюда произошло часто употребляемое название МОП-транзистор: металл — окисел — полупроводник.

С практической точки зрения полевой транзистор — один из наиболее часто используемых. Области его применения широки. Это и пульты дистанционного управления, и наручные электронные часы.

Основой успеха полевых транзисторов являются их уникальные характеристики: высокое входное сопротивление и низкий уровень шумов, а также простота и экономичность схем даже по сравнению со схемами на транзисторах.

Дальнейшее развитие других типов транзисторов - усилительных, высоковольтных, мощных сверхвысокочастотных и прочих - шло как по пути улучшения параметров, так и по пути освоения новых технологических процессов.

Параллельно с разработкой и выпуском транзисторов на основе германия начали осваиваться и приборы на основе кремния, которые позволяли расширить температурный диапазон и получить большие уровни мощности.

В начале 60-х годов в мировой практике широкое применение начала находить планарная технология изготовления транзисторов на основе германия и кремния - термин «планарный» происходит от английского слова «planar» — плоский.

Особенностью планарных транзисторов является то, что выводы от областей полупроводниковой структуры располагаются в одной плоскости.

Поверхность кристалла покрывается пленкой двуокиси кремния, что позволяет не только защитить границы электронно-дырочных переходов от внешних воздействий, но и задать конфигурацию областей прибора. Достаточно привести такой пример: на одной кремниевой пластине диаметром около 30 мм методом фотолитографии создается до 300-400 транзисторных структур.