Wat is een FET: Veld Effect Transistor: Types, Technology, . .

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

Het veldeffect transistor, FET is een belangrijke elektronische component met behulp van binnen vele gebieden van de elektronica-industrie.

De FET wordt gebruikt in veel schakelingen die zijn opgebouwd uit discrete elektronische componenten op gebieden van RF-technologie tot vermogensregeling en elektronisch schakelen tot algemene versterking.

Het belangrijkste gebruik voor het veldeffect transistor, FET is echter binnen geïntegreerde schakelingen. In deze toepassing verbruiken FET-schakelingen veel minder stroom dan IC’s die gebruik maken van bipolaire transistortechnologie. Hierdoor kunnen geïntegreerde schakelingen op zeer grote schaal werken. Indien de bipolaire technologie zou worden gebruikt, zou het stroomverbruik ordes van grootte groter zijn en zou het gegenereerde vermogen veel te groot zijn om door de geïntegreerde schakeling te worden afgevoerd.

Naast het gebruik in geïntegreerde schakelingen zijn discrete versies van veldeffecttransistoren verkrijgbaar als elektronische componenten met loodje en ook als op oppervlakte gemonteerde apparaten.

Veldeffecttransistor, FET-geschiedenis

Voordat de eerste FET’s op de markt van elektronische componenten werden gebracht, was het concept al een aantal jaren bekend. Er waren veel moeilijkheden geweest om dit type apparaat te realiseren en te laten werken.

Enkele van de vroege concepten voor de veldeffecttransistor werden geschetst in een artikel van Lilienfield in 1926, en in een ander artikel van Heil in 1935.

De volgende fundamenten werden gelegd in de jaren veertig bij Bell Laboratories, waar de halfgeleideronderzoeksgroep werd opgericht. Deze groep onderzocht een aantal gebieden met betrekking tot halfgeleiders en halfgeleidertechnologie, waarvan er één een apparaat was dat de stroom in een halfgeleiderkanaal zou moduleren door er een elektrisch veld dicht bij te plaatsen.

Tijdens deze vroege experimenten slaagden de onderzoekers er niet in het idee te laten werken, waardoor ze hun ideeën ombogen naar een ander idee en uiteindelijk een andere vorm van halfgeleiderelektronica uitvonden: de bipolaire transistor.

Hierna werd veel van het halfgeleideronderzoek gericht op het verbeteren van de bipolaire transistor, en het idee voor een veldeffecttransistor werd een tijdlang niet volledig onderzocht. Nu worden FET’s op grote schaal gebruikt en vormen zij het belangrijkste actieve element in veel geïntegreerde schakelingen. Zonder deze elektronische componenten zou de elektronicatechnologie er heel anders uitzien dan nu.

Transistor met veldeffect – de grondbeginselen

Het concept van de transistor met veldeffect is gebaseerd op het concept dat lading op een nabijgelegen voorwerp ladingen kan aantrekken binnen een halfgeleiderkanaal. Het werkt in wezen met behulp van een elektrisch veldeffect – vandaar de naam.

De FET bestaat uit een halfgeleiderkanaal met elektroden aan beide uiteinden, aangeduid als de drain en de source.

Een controle-elektrode genaamd de gate wordt in zeer dichte nabijheid van het kanaal geplaatst, zodat zijn elektrische lading in staat is om het kanaal te beïnvloeden.

Op deze wijze regelt de poort van de FET de stroom van dragers (elektronen of gaten) die van de bron naar de afvoer stromen. Zij doet dit door de grootte en de vorm van het geleidende kanaal te regelen.

Het halfgeleiderkanaal waarin de stroom vloeit kan zowel van het P-type als van het N-type zijn. Dit geeft aanleiding tot twee typen of categorieën FET’s, bekend als P-kanaal en N-kanaal FET’s.

Daarnaast zijn er nog twee andere categorieën. Het verhogen van de spanning op de gate kan het aantal beschikbare ladingsdragers in het kanaal ofwel uitputten ofwel verhogen. Dientengevolge zijn er enhancement mode FET’s en depletion mode FET’s.

Aangezien het alleen het elektrische veld is dat de stroom in het kanaal regelt, wordt van het apparaat gezegd dat het spanningsgestuurd is en heeft het een hoge ingangsimpedantie, gewoonlijk vele megohms. Dit kan een duidelijk voordeel zijn ten opzichte van de bipolaire transistor die op stroom werkt en een veel lagere ingangsimpedantie heeft.

FET schakelingen

Field effect transistors worden op grote schaal gebruikt in alle vormen van schakelingen, van die welke worden gebruikt in schakelingen met discrete elektronische componenten, tot die welke worden gebruikt in geïntegreerde schakelingen.

Aangezien de veldeffecttransistor een spanningsgestuurd apparaat is in plaats van een stroomapparaat zoals de bipolaire transistor, betekent dit dat sommige aspecten van de schakeling zeer verschillend zijn: de biasregelingen in het bijzonder. Het ontwerpen van elektronische schakelingen met FET’s is echter betrekkelijk eenvoudig – het verschilt alleen een beetje van dat met bipolaire transistors.

Met FET’s kunnen schakelingen als spanningsversterkers, buffers of stroomvolgers, oscillatoren, filters en nog veel meer worden ontworpen, en de schakelingen lijken sterk op die voor bipolaire transistors en zelfs thermionische kleppen / vacuümbuizen. Interessant is dat kleppen/buizen ook door spanning worden aangestuurd, en dat hun schakelingen dus sterk op elkaar lijken, zelfs wat betreft de bias-regelingen.

Types Field Effect Transistor

Er zijn vele manieren om de verschillende types FET te definiëren die beschikbaar zijn. De verschillende typen betekenen dat er tijdens het ontwerpen van de elektronische schakeling een keuze moet worden gemaakt voor de juiste elektronische component voor de schakeling. Door het juiste apparaat te kiezen is het mogelijk de beste prestaties voor de gegeven schakeling te verkrijgen.

FET’s kunnen op een aantal manieren worden gecategoriseerd, maar enkele van de belangrijkste typen FET kunnen in het onderstaande boomdiagram worden behandeld.

Er zijn veel verschillende soorten FET op de markt waarvoor verschillende namen bestaan. Enkele van de belangrijkste categorieën worden hieronder uitgesteld.

• Junctie-FET, JFET: De junction FET, of JFET maakt gebruik van een reverse biased diode junction om de gate verbinding te verzorgen. De structuur bestaat uit een halfgeleiderkanaal dat zowel van het N- als het P-type kan zijn. Een halfgeleiderdiode wordt dan zodanig op het kanaal gefabriceerd dat de spanning op de diode het FET-kanaal beïnvloedt.

  In bedrijf is deze in sperrichting geschakeld en dit betekent dat hij effectief is geïsoleerd van het kanaal – alleen de sperstroom van de diode kan tussen beide stromen. De JFET is het meest basale type FET, en het type dat het eerst werd ontwikkeld. Toch bewijst hij nog steeds uitstekende diensten op vele gebieden van de elektronica.

  Lees meer over . . . junctie veldeffect transistor, JFET.

• Insulated Gate FET / metaaloxide silicium-fet MOSFET: De MOSFET maakt gebruik van een geïsoleerde laag tussen de gate en het kanaal. Gewoonlijk wordt deze gevormd uit een laag oxide van de halfgeleider.

  De naam IGFET verwijst naar elk type FET dat een geïsoleerde gate heeft. De meest voorkomende vorm van IGFET is de silicium MOSFET – Metal Oxide Silicon FET. Hierbij bestaat de gate uit een laag metaal die op het siliciumoxide is aangebracht, dat op zijn beurt op het siliciumkanaal ligt. MOSFET’s worden op grote schaal gebruikt op vele gebieden van de elektronica en met name in geïntegreerde schakelingen.

  De sleutelfactor van de IGFET / MOSFET is de buitengewoon hoge impedantie die deze FET’s aan de poort kunnen bieden. Dat gezegd hebbende, zal er een geassocieerde capaciteit zijn en dit zal de ingangsimpedantie verminderen naarmate de frequentie toeneemt.

  Lees meer over . . . Metaal Oxide Silicium FET, MOSFET.

• Dual Gate MOSFET: Dit is een gespecialiseerde vorm van MOSFET met twee poorten in serie langs het kanaal. Hierdoor kunnen enkele aanzienlijke prestatieverbeteringen worden gerealiseerd, vooral bij RF, in vergelijking met apparaten met één poort.

  De tweede poort van de MOSFET zorgt voor extra isolatie tussen de ingang en de uitgang, en daarnaast kan hij worden gebruikt in toepassingen zoals mengen/vermenigvuldigen.

  Lees meer over . . . Dual Gate MOSFET.

• MESFET: De MEtal Silicon FET wordt gewoonlijk vervaardigd met Galliumarsenide en wordt vaak een GaAs FET genoemd. Vaak worden GaAsFET’s gebruikt voor RF-toepassingen, waar zij een hoge winst en lage ruis kunnen opleveren. Een van de nadelen van de GaAsFET-technologie is de zeer kleine poortstructuur, waardoor deze zeer gevoelig is voor schade door statische elektriciteit (ESD). Grote voorzichtigheid is geboden bij het hanteren van deze apparaten.

  Lees meer over . . . MESFET / GaAsFET.

• HEMT / PHEMT: De High Electron Mobility Transistor en de Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor zijn ontwikkelingen van het basisconcept van de FET, maar zijn ontwikkeld om werking met zeer hoge frequenties mogelijk te maken. Hoewel duur, maken zij het mogelijk zeer hoge frequenties en hoge prestatieniveaus te bereiken.

  Lees meer over . . . HEMT / PHEMT.

• FinFET: FinFET-technologie wordt nu gebruikt in geïntegreerde schakelingen om hogere integratieniveaus mogelijk te maken door kleinere feature sizes mogelijk te maken. Aangezien hogere dichtheidsniveaus nodig zijn en het steeds moeilijker wordt om steeds kleinere feature-groottes te realiseren, wordt FinFET-technologie op steeds grotere schaal gebruikt.

  Lees meer over . . . FinFET.

• VMOS: VMOS-standaard voor verticale MOS. Het is een type FET dat gebruik maakt van een verticale stroomloop om de schakel- en stroomvoerprestaties te verbeteren. VMOS FET’s worden veel gebruikt voor vermogenstoepassingen.

Hoewel er in de literatuur nog enkele andere typen veldeffecttransistors te vinden zijn, zijn dit vaak handelsnamen voor een bepaalde technologie en zijn het varianten van enkele van de hierboven genoemde FET-typen.

FET-specificaties

Naast de keuze van een bepaald type veldeffecttransistor voor een bepaalde schakeling, is het ook noodzakelijk de verschillende specificaties te begrijpen. Op deze manier kan ervoor worden gezorgd dat de FET volgens de vereiste prestatieparameters zal werken.

FET-specificaties omvatten alles van de maximaal toelaatbare spanningen en stromen tot de capaciteitsniveaus en de transconductantie. Deze spelen allemaal een rol bij het bepalen of een bepaalde FET geschikt is voor een bepaald circuit of een bepaalde toepassing.

Veldeffecttransistortechnologie kan worden gebruikt op een aantal gebieden waar bipolaire transistoren minder geschikt zijn: elk van deze halfgeleiderapparaten heeft zijn eigen voor- en nadelen, en kan in veel schakelingen met groot effect worden gebruikt. De veldeffecttransistor heeft een zeer hoge ingangsimpedantie en is een spanningsgestuurd apparaat en dit opent het voor gebruik op vele gebieden.

Meer elektronische componenten:
Resistors Condensatoren Inductoren Kwarts kristallen Diodes Transistor Fototransistor FET Geheugentypes Thyristor Connectors RF connectoren Kleppen / Buizen Batterijen Schakelaars Relais
Terug naar Componenten menu . . .