Hva er en felteffekttransistor?

Denne artikkelen vil diskutere en av de to hovedtyper av halvledere transistor, felteffekttransistoren eller FET. Den andre typen er en bipolar junction transistor eller BJT.
Aktive enheter, vakuum-rør og transistorer vil forandre hvordan de passerer strøm avhengig av hvordan den aktive enheten er partisk. For enkle dioder, som består av en anode og en katode, (samme for begge vakuumrør og halvleder-dioder), en foroverforspent anordning har en negativ spenning på katoden og en positiv på anoden og vil passere strøm med bare en liten spenningsfall over seg selv. En omvendt forspent diode har negativ spenning på anoden, positiv spenning på katoden, og vil blokkere strømflyt som om det var en skjevhet styrt bryter.
De mer komplekse aktive enheter, vakuum triodes (anode, katode, grid) pentoder (anode, katode og tre grid lag) og så videre, og halvledere transistorer vil fungere generelt liker dioder når speilvendt partisk. Når fremover forspent, de vil lede strøm, men mengden av strøm kan modifiseres ved gitterspenningen (vakuumrør) eller styrestrømmer (basisstrøm for BJTs og gate strømmer for FET). Denne effekten gjør det mulig for små signaler tilført til et vakuumrør eller transistor kontroll segment som skal forsterkes.
Diskusjon av den faktiske produksjonen av disse enhetene vil stå for en annen artikkel. Her vil vi se på de generelle typer FET og hvordan de kontrast med hverandre, andre typer halvledere og vakuum-rør.

Historie og drift

Teorien for å skape den felteffekttransistor (FET) som går forut for den bipolare junction transistor (BJT), men den teknologi for å lage FET kom etter BJT. De første FET teori patenter ble utstedt i 1925 og 1934, men praktisk fabrikasjon av FET startet tidlig på 1960-tallet.
I hovedsak FET opererer i solid state for å kontrollere strømmen i mye måten vakuumrør operere.

Strømmen som går fra katoden til anoden kan reguleres ved å påføre en forspenning til porten (eller gitter). Semiconductor konstruksjon gir "flaskehalser" i dagens bane hvor ladede felt kan begrense strømmen i mye på samme måte belastet nett lag i vakuum-rør fungerer for triodes eller kan forsterke strømmen avhengig av underlaget brukt og modus. Designere vant til å jobbe med vakuumrør funnet FET lettere å jobbe med enn BJTs.

Klassifisering av FET

De to bredeste klassifikasjoner for FET er Channel-type og modus. Kanaltype er bestemt av doping av hovedkanalen for strømflyt. N-Channel typer har et negativt dopet kanal og P-Channel bruke positiv doping.
Modusene er Enhancement hvor kanalen er slått av, (det er ingen strømflyt) når en null volt forspenning blir tilført porten og Nedbryting modus, hvor kanalen er på (strøm flyter) med en null forspenning.
For begge moduser, vil en større port forspenning levere mer strøm gjennom en N-kanal-enheten og mindre strøm gjennom en P-kanal-enheten.

Fabrikasjon typer FET

De tidligste FET var Junction FET eller JFET og ble konstruert på samme måte som BJTs. En undergruppe av JFET anvendes en Schottky knutepunkt (for å gi en skarpere overgang fra Av til På) i stedet for den pn-overgang (den fysiske overgangspunktet mellom positiv-dopet og negativ-dopet halvledermateriale) og er kjent som metall-halvleder FET'er eller MESFET'er.
Den neste byggetypen var Insulated Gate FET eller IGFET, hvor gate ble bygget med et isolerende lag målt i mikron eller mindre på PN veikryss. De vanligste IGFETs er Metal-Oxide eller MOSFET og Complementary MOSFET eller CMOS. MOS og CMOS er den vanligste typen av FET i bruk i dag.
Andre, spesialitet FET blir sett som HFET, for høy hastighet.

Deler av FET

I FET er kilden er analog med den BJT emitter og vakuumrøret katoden. FET-porten er analog med den BJT base og vakuumrør rutenettet. FET Drain er analog med den BJT kollektor og vakuumrøret anoden. FET Substrat er også vist i de fleste standard elektroniske skjema.

substrat materialer

Den vanligste substratmateriale anvendes for fremstilling av FET forblir ren silisium (Si). Det er relativt billig, slitesterk og lett å arbeide. De fleste digitale enheter er laget ved hjelp av FET transistorer på silisium.
Også anvendt er legeringer slik som galliumarsenid (GaAs) og Silicon Germanium (SiGe). Hver har en raskere svitsjing hastighet enn ren Si, men større materielle kostnader. GaAs har også spesielle egenskaper slik som en naturlig stråling hardhet som med Si krever et diamantbelegg som passer, i tillegg til å være usynlig for IR-frekvenser.
Andre materialer og legeringer som indiumfosfid (InP) og safir brukes i laboratoriet situasjoner.

Fordeler og ulemper ved FET forhold til BJTs og Vakuumrør

Sammenlignet med BJTs, FETs har raskere bytter hastigheter (tid veksling På Av) og genererer mindre varme per svitsj, enn BJT. FET'er kan utformes slik at mindre geometrier enn BJTs, slik at større antall enkelte transistorer per kvadrat mikron halvlederområder. Men FET, spesielt tidlig på MOSFET er mer egnet til å skade fra elektrostatisk utladning (ESD) enn var de BJT enheter.
Sammenlignet med Vakuumrør, FET er størrelsesordener mindre, mer energieffektiv og kostnadseffektiv. De krever ingen katode varmeapparatet.
Vakuumrør er nesten immune mot ESD (og elektromagnetiske pulser, for eksempel som en bivirkning av atom detonasjoner) og er mer effektive ved høy effekt (KV og over), særlig ved høye frekvenser, slik som i radio- og fjernsynssendere.