Hvad er en FET: Field Effect Transistor:

FET, felteffekttransistor, Tutorial indeholder:
FET-grundlæggende FET-specifikationer JFET MOSFET Dual gate MOSFET Power MOSFET MESFET / GaAs FET HEMT & PHEMT FinFET-teknologi

Felteffekttransistoren, FET, er en central elektronisk komponent, der anvendes inden for mange områder af elektronikindustrien.

FET anvendes i mange kredsløb, der er opbygget af diskrete elektroniske komponenter inden for områder fra RF-teknologi til strømstyring og elektronisk switching til generel forstærkning.

Den vigtigste anvendelse af felteffekttransistorer, FET, er dog inden for integrerede kredsløb. I denne anvendelse har FET-kredsløb et meget lavere strømforbrug end integrerede kredsløb, der anvender bipolær transistorteknologi. Dette gør det muligt at anvende integrerede kredsløb i meget stor skala. Hvis der blev anvendt bipolær teknologi, ville strømforbruget være mange gange større, og den genererede strøm ville være alt for stor til, at den kunne afledes fra det integrerede kredsløb.

Selv om de anvendes i integrerede kredsløb, findes der diskrete versioner af felteffekttransistorer både som elektroniske komponenter med ledning og som overflademonterede enheder.

Felteffekttransistor, FET-historie

Hvor de første FET’er blev introduceret på markedet for elektroniske komponenter, havde konceptet været kendt i en årrække. Der havde været mange vanskeligheder med at realisere denne type anordning og få den til at fungere.

Nogle af de tidlige koncepter for felteffekttransistoren blev skitseret i en artikel af Lilienfield i 1926 og i en anden artikel af Heil i 1935.

Det næste fundament blev lagt på plads i løbet af 1940’erne på Bell Laboratories, hvor halvlederforskningsgruppen blev oprettet. Denne gruppe undersøgte en række områder vedrørende halvledere og halvlederteknologi, hvoraf et af dem var en anordning, der kunne modulere den strøm, der flyder i en halvlederkanal, ved at placere et elektrisk felt tæt på den.

I disse tidlige eksperimenter var forskerne ikke i stand til at få ideen til at virke, og de vendte deres ideer til en anden ide og opfandt i sidste ende en anden form for halvlederelektronikkomponent: den bipolære transistor.

Herefter blev en stor del af halvlederforskningen fokuseret på at forbedre den bipolære transistor, og ideen om en felteffekttransistor blev ikke undersøgt til bunds i et stykke tid. Nu er FET’er meget udbredt og udgør det vigtigste aktive element i mange integrerede kredsløb. Uden disse elektroniske komponenter ville elektronikteknologien være meget anderledes, end den er nu.

Feldeffekttransistor – det grundlæggende

Felteffekttransistorens koncept er baseret på det princip, at ladning på et nærliggende objekt kan tiltrække ladninger i en halvlederkanal. Den fungerer hovedsagelig ved hjælp af en elektrisk felteffekt – deraf navnet.

FET’en består af en halvlederkanal med elektroder i hver ende, der betegnes som dræn og kilde.

En kontrolelektrode, kaldet gaten, er placeret meget tæt på kanalen, så dens elektriske ladning kan påvirke kanalen.

På denne måde styrer FET’ens gate strømmen af bærere (elektroner eller huller), der strømmer fra kilden til drænet. Det gør den ved at styre størrelsen og formen af den ledende kanal.

Halvlederkanalen, hvor strømmen flyder, kan enten være af P-type eller N-type. Dette giver anledning til to typer eller kategorier af FET’er, der er kendt som P-kanal- og N-kanal-FET’er.

Dertil kommer to yderligere kategorier. En forøgelse af spændingen på gaten kan enten udtømme eller øge antallet af ladningsbærere, der er til rådighed i kanalen. Som følge heraf findes der Enhancement Mode FET’er og depletion Mode FET’er.

Da det kun er det elektriske felt, der styrer den strøm, der løber i kanalen, siges enheden at være spændingsstyret, og den har en høj indgangsimpedans, normalt mange megohms. Dette kan være en klar fordel i forhold til den bipolære transistor, der er strømstyret og har en meget lavere indgangsimpedans.

FET-kredsløb

Feldeffekttransistorer anvendes i vid udstrækning i alle former for kredsløb fra dem, der anvendes i kredsløb med diskrete elektroniske komponenter, til dem, der anvendes i integrerede kredsløb.

Da felteffekttransistoren er en spændingsstyret enhed i stedet for en strømstyret enhed som den bipolære transistor, betyder det, at nogle aspekter af kredsløbet er meget forskellige: især bias-arrangementerne. Imidlertid er det relativt let at designe elektroniske kredsløb med FET’er – det er bare lidt anderledes end ved brug af bipolære transistorer.

Med FET’er kan kredsløb som spændingsforstærkere, buffere eller strømfølgere, oscillatorer, filtre og mange flere konstrueres, og kredsløbene ligner meget dem for bipolære transistorer og endda termioniske ventiler/vakuumrør. Interessant nok er ventiler/rør også spændingsstyrede enheder, og derfor er deres kredsløb meget ens, selv med hensyn til bias-arrangementerne.

Feldeffekttransistortyper

Der er mange måder at definere de forskellige typer FET’er, der er tilgængelige. De forskellige typer betyder, at der under udformningen af det elektroniske kredsløb skal vælges den rigtige elektroniske komponent til kredsløbet. Ved at vælge den rigtige enhed er det muligt at opnå den bedste ydelse for det givne kredsløb.

FET’er kan kategoriseres på flere måder, men nogle af de vigtigste typer FET’er kan dækkes i nedenstående trædiagram.

Der er mange forskellige typer FET på markedet, som der findes forskellige navne for. Nogle af de vigtigste kategorier er forsinket nedenfor.

• Junction FET, JFET: junction FET, eller JFET, anvender en omvendt forspændt diodeforbindelse til at levere gateforbindelsen. Strukturen består af en halvlederkanal, som enten kan være af N-type eller P-type. En halvlederdiode fremstilles derefter på kanalen på en sådan måde, at spændingen på dioden påvirker FET-kanalen.

  I drift er den omvendt forspændt, og det betyder, at den er effektivt isoleret fra kanalen – kun diodens omvendte strøm kan flyde mellem de to. JFET’en er den mest grundlæggende type FET, og det er den, der blev udviklet først. Den yder dog stadig fremragende service på mange områder inden for elektronik.

  Læs mere om . . . . . junction field effect transistor, JFET.

• Insulated Gate FET / Metal Oxide Silicon FET MOSFET: MOSFET’en anvender et isoleret lag mellem gate og kanal. Dette er typisk dannet af et oxidlag af halvlederens oxid.

  Navnet IGFET henviser til enhver type FET, der har en isoleret gate. Den mest almindelige form for IGFET er silicium-MOSFET’en – Metal Oxide Silicon FET. Her består gaten af et lag metal, der er sat ned på siliciumoxid, som igen ligger på siliciumkanalen. MOSFET’er anvendes i vid udstrækning inden for mange områder af elektronikken og især i integrerede kredsløb.

  Den vigtigste faktor for IGFET / MOSFET er den overordentligt høje gateimpedans, som disse FET’er er i stand til at give. Når det er sagt, vil der være en tilknyttet kapacitans, og dette vil reducere indgangsimpedansen, når frekvensen stiger.

  Læs mere om . . . . . Metal Oxide Silicon FET, MOSFET.

• Dual Gate MOSFET: Dette er en specialiseret form for MOSFET, der har to gates i serie langs kanalen. Dette muliggør nogle betydelige ydelsesforbedringer, især ved RF, sammenlignet med enheder med enkelt gate.

  Den anden gate i MOSFET’en giver yderligere isolation mellem ind- og udgang, og derudover kan den bruges i applikationer som blanding/multiplikation.

  Læs mere om . . . . . Dual Gate MOSFET.

• MESFET: MEtal silicium-FET’en fremstilles normalt ved hjælp af galliumarsenid og omtales ofte som en GaAs-FET. GaAsFET’er anvendes ofte til RF-applikationer, hvor de kan give høj forstærkning og lav støj. En af ulemperne ved GaAsFET-teknologien skyldes den meget lille gate-struktur, og det gør den meget følsom over for skader fra statisk elektricitet, ESD. Der skal udvises stor forsigtighed ved håndtering af disse enheder.

  Læs mere om . . . . . MESFET / GaAsFET.

• HEMT / PHEMT: High Electron Mobility Transistor og Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor er videreudviklinger af det grundlæggende FET-koncept, men er udviklet til at muliggøre drift ved meget høje frekvenser. Selv om de er dyre, gør de det muligt at opnå meget høje frekvenser og høje præstationsniveauer.

  Læs mere om . . . . . HEMT / PHEMT.

• FinFET: FinFET-teknologi anvendes nu inden for integrerede kredsløb for at gøre det muligt at opnå højere integrationsniveauer ved at tillade mindre funktionsstørrelser. I takt med, at der er behov for højere tæthedsgrader, og det bliver stadig vanskeligere at realisere stadig mindre funktionsstørrelser, bliver FinFET-teknologien anvendt i større omfang.

  Læs mere om . . . . . FinFET.

• VMOS: VMOS-standard for vertikal MOS. Det er en type FET, der anvender en lodret strømstrøm til at forbedre koblings- og strømføringsevnen. VMOS FET’er anvendes i vid udstrækning til strømforsyningsapplikationer.

Og selv om der findes nogle andre typer af felteffekttransistorer, der kan ses i litteraturen, er disse typer ofte handelsnavne for en bestemt teknologi, og de er varianter af nogle af de FET-typer, der er anført ovenfor.

FET-specifikationer

Selv om man skal vælge en bestemt type felteffekttransistor til et givet kredsløb, er det også nødvendigt at forstå de forskellige specifikationer. På denne måde er det muligt at sikre, at FET’en vil fungere i overensstemmelse med de krævede præstationsparametre.

FET-specifikationer omfatter alt fra de maksimalt tilladte spændinger og strømme til kapacitetsniveauerne og transkonduktansen. Disse spiller alle en rolle for at afgøre, om en bestemt FET er egnet til et givet kredsløb eller en given anvendelse.

Feldpåvirkningstransistorteknologi kan anvendes på en række områder, hvor bipolære transistorer ikke er lige så velegnede: Hver af disse halvlederkomponenter har sine egne fordele og ulemper og kan anvendes med stor effekt i mange kredsløb. Feldeffekttransistoren har en meget høj indgangsimpedans og er en spændingsdrevet enhed, og det åbner den op for at blive brugt på mange områder.

Mere elektroniske komponenter:
Resistorer Kondensatorer Induktorer Kvartskrystaller Dioder Transistor Fototransistor FET Hukommelsestyper Thyristorer Forbindelser RF-stik Ventiler/rør Batterier Afbrydere Relæer
Vend tilbage til menuen Komponenter . . .