Mikä on FET: FET: Kenttävaikutransistori:

FET, Field Effect Transistor, Tutorial Includes:
FET basics FET specs JFET MOSFET Dual gate MOSFET Power MOSFET MESFET MESFET / GaAs FET HEMT & PHEMT FinFET technology

Kenttäefektitransistori, FET, on keskeinen elektroniikkakomponentti, jota käytetään monilla elektroniikkateollisuuden aloilla.

FET:tä käytetään monissa erillisistä elektroniikkakomponenteista rakennetuissa piireissä RF-tekniikasta tehonsäätöön ja elektronisesta kytkennästä yleiseen vahvistukseen.

Kenttäefektitransistorin, FET:n, pääasiallinen käyttö on kuitenkin integroiduissa piireissä. Tässä sovelluksessa FET-piirit kuluttavat paljon vähemmän virtaa kuin bipolaaritransistoritekniikkaa käyttävät IC-piirit. Tämä mahdollistaa hyvin laajamittaisten integroitujen piirien toiminnan. Jos käytettäisiin bipolaarista tekniikkaa, virrankulutus olisi suuruusluokkaa suurempi ja tuotettu teho aivan liian suuri hävitettäväksi integroidusta piiristä.

Sen lisäksi, että kenttäefektitransistoreja käytetään integroiduissa piireissä, niistä on saatavana diskreettejä versioita sekä lyijytettyinä elektroniikkakomponentteina että pinta-asennettavina laitteina.

Kenttäefektitransistori, FET-historiaa

Ennen kuin ensimmäiset kenttäefektitransistorit esiteltiin elektroniikka-elektroniikkakomponenttimarkkinoille, käsite oli tiedossa jo useiden vuosien ajan. Tämäntyyppisen laitteen toteuttamisessa ja sen saamisessa toimimaan oli ollut monia vaikeuksia.

Joitakin kenttäefektitransistorin varhaisia konsepteja hahmoteltiin Lilienfieldin vuonna 1926 julkaisemassa artikkelissa ja Heilin vuonna 1935 julkaisemassa toisessa artikkelissa.

Seuraavat perusteet luotiin 1940-luvulla Bell Laboratoriesissa, jossa perustettiin puolijohteiden tutkimusryhmä. Tämä ryhmä tutki useita puolijohteisiin ja puolijohdetekniikkaan liittyviä alueita, joista yksi oli laite, joka moduloi puolijohdekanavassa kulkevaa virtaa ostamalla sähkökentän sen lähelle.

Näissä varhaisissa kokeissa tutkijat eivät saaneet ideaa toimimaan, vaan he käänsivät ajatuksensa toisen idean puoleen ja keksivät lopulta toisenlaisen puolijohde-elektroniikan komponentin: bipolaarisen transistorin.

Tämän jälkeen suuri osa puolijohdetutkimuksesta keskittyi bipolaarisen transistorin parantamiseen, eikä kenttä-efektitransistorin ideaa enää vähään aikaan tutkittu täysin. Nyt FET:itä käytetään hyvin laajalti, ja ne ovat tärkein aktiivinen elementti monissa integroiduissa piireissä. Ilman näitä elektroniikkakomponentteja elektroniikkatekniikka olisi hyvin erilaista kuin mitä se on nyt.

Kenttäefektitransistori – perusteet

Kenttäefektitransistorin konsepti perustuu ajatukseen, jonka mukaan lähellä olevan kohteen varaus voi vetää puoleensa varauksia puolijohdekanavassa. Se toimii periaatteessa sähkökenttävaikutuksen avulla – siitä nimi.

FET koostuu puolijohdekanavasta, jonka molemmissa päissä on elektrodit, joita kutsutaan tyhjennykseksi ja lähdöksi.

Ohjauselektrodi, jota kutsutaan portiksi, on sijoitettu hyvin lähelle kanavaa niin, että sen sähkövaraus voi vaikuttaa kanavaan.

Siten FET:n portti ohjaa lähdöstä valumaan kulkevien kantajien (elektronien tai reikien) virtausta. Se tekee tämän ohjaamalla johtavan kanavan kokoa ja muotoa.

Puolijohdekanava, jossa virran kulku tapahtuu, voi olla joko P- tai N-tyyppinen. Tästä seuraa kaksi FET-tyyppiä tai -luokkaa, joita kutsutaan P-kanavaisiksi ja N-kanavaisiksi FET:iksi.

Tämän lisäksi on olemassa kaksi muuta luokkaa. Portin jännitteen kasvattaminen voi joko tyhjentää tai lisätä kanavassa käytettävissä olevien varauksenkuljettajien määrää. Näin ollen on olemassa tehostusmuotoisia FET:iä ja köyhdytysmuotoisia FET:iä.

Koska vain sähkökenttä ohjaa kanavassa kulkevaa virtaa, sanotaan, että laite on jännitteellä toimiva, ja sen tuloimpedanssi on suuri, yleensä useita megohmeja. Tämä voi olla selvä etu verrattuna bipolaariseen transistoriin, joka on virtakäyttöinen ja jonka tuloimpedanssi on paljon pienempi.

FET-piirit

Kenttäefektitransistoreja käytetään laajalti kaikentyyppisissä virtapiireissä diskreettejä elektroniikkakomponentteihin perustuvissa virtapiireissä ja integroiduissa piireissä.

Koska kenttäefektitransistori on jännitteellä toimiva laite eikä virtalaite, kuten bipolaaritransistori, tämä tarkoittaa, että jotkin piirin osa-alueet ovat hyvin erilaisia: erityisesti bias-järjestelyt. Elektronisten piirien suunnittelu FET:ien avulla on kuitenkin suhteellisen helppoa – se on vain hieman erilaista kuin bipolaaristen transistorien käyttäminen.

FET:ien avulla voidaan suunnitella piirit, kuten jännitevahvistimet, puskurit tai virranseuraajat, oskillaattorit, suodattimet ja monet muut, ja piirit ovat hyvin samankaltaisia kuin bipolaaristen transistorien ja jopa termioniventtiilien / tyhjiöputkien piirit. Mielenkiintoista on, että venttiilit / putket ovat myös jännitteellä toimivia laitteita, ja siksi niiden piirit ovat hyvin samankaltaisia, jopa bias-järjestelyjen osalta.

Kenttäefektitransistorin tyypit

On monia tapoja määritellä erilaisia FET-tyyppejä, jotka ovat käytettävissä. Eri tyypit tarkoittavat sitä, että elektroniikkapiirien suunnittelun aikana on valittava piiriin sopiva elektroniikkakomponentti. Valitsemalla oikea laite on mahdollista saada paras suorituskyky kyseiseen piiriin.

FET:t voidaan luokitella monin eri tavoin, mutta joitakin tärkeimpiä FET-tyyppejä voidaan kattaa alla olevasta puukaaviosta.

Markkinoilla on monia erilaisia FET-tyyppejä, joille on olemassa erilaisia nimityksiä. Joitakin tärkeimpiä luokkia viitataan alla.

• Junction FET, JFET: Liitos-FET eli JFET käyttää käänteisesti jännitettyä diodiliitosta porttiliitoksen tuottamiseen. Rakenne koostuu puolijohdekanavasta, joka voi olla joko N- tai P-tyyppinen. Puolijohdediodi valmistetaan kanavan päälle siten, että diodin jännite vaikuttaa FET-kanavaan.

  Toiminnassa tämä on käänteisesti jännitetty, mikä tarkoittaa, että se on tehokkaasti eristetty kanavasta – vain diodin käänteisvirta voi virrata näiden kahden välillä. JFET on FET:n perustyyppi, joka kehitettiin ensimmäisenä. Se tarjoaa kuitenkin edelleen erinomaista palvelua monilla elektroniikan aloilla.

  Lue lisää aiheesta . . . junction field effect transistor, JFET.

• Insulated Gate FET / metallioksidipii FET MOSFET: MOSFET käyttää portin ja kanavan välissä eristettyä kerrosta. Tyypillisesti tämä muodostuu puolijohteen oksidikerroksesta.

  Nimitys IGFET viittaa mihin tahansa FET-tyyppiin, jossa on eristetty portti. IGFET:n yleisin muoto on pii-MOSFET – Metal Oxide Silicon FET. Tässä tapauksessa portti on valmistettu metallikerroksesta, joka on asetettu piioksidin päälle, joka puolestaan on piikanavan päällä. MOSFET:iä käytetään laajalti monilla elektroniikan aloilla ja erityisesti integroiduissa piireissä.

  IGFET:n / MOSFET:n avaintekijä on näiden FET:ien erittäin korkea porttiimpedanssi. Siihen liittyy kuitenkin kapasitanssi, ja tämä pienentää tuloimpedanssia taajuuden noustessa.

  Lue lisää . . . . Metallioksidipii-FET, MOSFET.

• Dual Gate MOSFET: Tämä on MOSFETin erikoismuoto, jossa on kaksi porttia sarjassa kanavan varrella. Tämä mahdollistaa joitakin huomattavia suorituskykyparannuksia, erityisesti RF-alueella, verrattuna yhden portin laitteisiin.

  MOSFET:n toinen portti tarjoaa lisäeristyksen tulon ja lähdön välille, ja tämän lisäksi sitä voidaan käyttää sovelluksissa, kuten sekoittamisessa/kerronnassa.

  Lue lisää aiheesta . . . . Dual Gate MOSFET.

• MESFET: MEtal Silicon FET valmistetaan tavallisesti käyttäen galliumarsenidia ja siitä käytetään usein nimitystä GaAs FET. Usein GaAsFET:iä käytetään RF-sovelluksissa, joissa ne voivat tarjota korkean vahvistuksen ja alhaisen kohinan suorituskyvyn. Yksi GaAsFET-tekniikan haittapuolista on hyvin pieni porttirakenne, joka tekee siitä hyvin herkän staattisen, ESD:n aiheuttamille vaurioille. Näiden laitteiden käsittelyssä on noudatettava suurta varovaisuutta.

  Lue lisää… MESFET / GaAsFET.

• HEMT / PHEMT: High Electron Mobility Transistor ja Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor ovat FET:n peruskonseptin kehitystyötä, mutta ne on kehitetty mahdollistamaan erittäin korkean taajuuden toiminta. Vaikka ne ovat kalliita, ne mahdollistavat erittäin korkeiden taajuuksien ja korkean suorituskyvyn saavuttamisen.

  Lue lisää . . . . . HEMT / PHEMT.

• FinFET: FinFET-tekniikkaa käytetään nyt integroiduissa piireissä, jotta voidaan saavuttaa korkeampi integraatiotaso sallimalla pienemmät piirikoot. FinFET-tekniikkaa käytetään yhä laajemmin, koska tarvitaan suurempia tiheystasoja ja yhä pienempien piirikokojen toteuttaminen on yhä vaikeampaa.

  Lue lisää … . FinFET.

• VMOS: VMOS-standardi vertikaaliselle MOS:lle. Se on FET-tyyppi, joka käyttää pystysuoraa virran kulkua parantaakseen kytkentä- ja virransiirtokykyä. VMOS FET:iä käytetään laajalti tehosovelluksissa.

Vaikka kirjallisuudessa voidaan nähdä muitakin kenttäefektitransistorityyppejä, usein nämä tyypit ovat tietyn teknologian kauppanimiä ja ne ovat muunnelmia joistakin edellä luetelluista FET-tyypeistä.

FET:n spesifikaatiot

Sen lisäksi, että on valittava tietty kenttäefektitransistorityyppi johonkin tiettyyn virtapiiriin, on myös ymmärrettävä erilaiset vaatimukset. Näin voidaan varmistaa, että FET toimii vaadittujen suorituskykyparametrien mukaisesti.

FET-spesifikaatiot sisältävät kaiken suurimmista sallituista jännitteistä ja virroista kapasitanssitasoihin ja transkonduktanssiin. Näillä kaikilla on merkitystä määritettäessä, soveltuuko jokin tietty FET tiettyyn piiriin tai sovellukseen.

Kenttävaikutteista transistoritekniikkaa voidaan käyttää monilla aloilla, joille bipolaaritransistorit eivät sovellu yhtä hyvin: kullakin näistä puolijohdekomponenteista on omat etunsa ja haittansa, ja niitä voidaan käyttää erittäin tehokkaasti monissa piireissä. Kenttäefektitransistorilla on erittäin korkea tuloimpedanssi ja se on jänniteohjattu laite, mikä mahdollistaa sen käytön monilla aloilla.

Lisää elektroniikkakomponentteja:
Taajuusvastukset Kondensaattorit Induktorit Kvartsikiteet Diodit Transistorit Valotransistori FET-muistityypit Tyristori Liittimet RF-liittimet Venttiilit / putket Akut Kytkimet Kytkimet Releet
Palaa Komponentit-valikkoon . . .