Väljatransistor

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search

Väljatransistor on pingega tüüritav transistor. Väljatransistoris tekitab sisendpinge elektrivälja, millega saab tüürida (mõjutada) juhtivat kanalit läbivate ühenimeliste laengukandjate ‒ elektronide või aukude ‒ voogu. Juhtiva kanali otstes on elektroodid; neist üht, mille kaudu laengukandjad sisenevad kanalisse, nimetatakse lätteks (source), ja teist, mille kaudu laengukandjad väljuvad kanalist, neeluks (drain). Tüürivat elektroodi nimetetekse paisuks (gate). Bipolaartransistoridel vastavad neile emitter, kollektor ja baas. Neljas elektrood on alus ehk substraat (body).

Väljatransistori kohta kasutatakse ka nimetust unipolaartransistor, sest kanali voolu moodustavad ühenimelised laenguandjad (vrd bipolaartransistor).

Väljatransistoride põhitüübid[muuda | muuda lähteteksti]

Selle järgi, kuidas tüürelektroodi elektriväljaga muudetakse lätte ja neelu vahelise voolu tugevust, jagunevad väljatransistorid pn-siirdega transistorideks ja isoleeritud paisuga transistorideks:

  • pn-siirdega väljatransistoris muudab tüüriv elektriväli kanali tegevristlõiget; lühend JFET (inglise keele sõnadest junction gate field-effect transistor).
  • isoleeritud paisuga väljatransistoris muudab tüüriv elektriväli laengukandjate kontsentratsiooni kanalis, seega kanali takistust; rahvusvaheliselt kasutatav lühend MOSFET (metal–oxide–semiconductor field-effect transistor).

Kõige laiemat kasutamist leiavad MOSFET-transistorid, seejuures integraallülitustes peamiselt komplementaarsete struktuuridena – CMOS-lülititena. CMOS-struktuurid on eriti laialt kasutusel suurtes integraallülitustes (nt protsessorites, kontrollerites, mälukomponentides).

pn-siirdega transistori skemaatiline ehitus
1 – ruumlaeng, 2 – kanal

pn-siirdega väljatransistorid[muuda | muuda lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis pn-siirdega väljatransistor.

Väljatransistori p- või n-kanaliga külge on ühendatud lätte ja neelu elektroodid. Kanaliga külgnevad teistpidise juhtivusega paisutsoonid. Kui paisu ja kanali vahele rakendada pinge, moodustub erina juhtivusega kihtide kokkupuutepinnal pn-siire, mis toimib neid eraldava tõkkekihina. Mida suurem on vastupinge, seda paksem on tõkkekiht ja mida paksemaks läheb tõkkekiht, seda kitsamaks jääb voolu juhtiv kanal. Seega saab paisupingega muuta (tüürida) kanali voolu – neeluvoolu, mis sõltub paisule rakendatavast vastupingest.

JFET-transistore saab kasutada reguleeritava takistina ja nagu muidki väljatransistore elektronlülitina.

n-kanaliga MOSFETi pooljuhtstruktuuri näide

Isoleeritud paisuga väljatransistorid[muuda | muuda lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Isoleeritud paisuga väljatransistor.

MOSFET-transistoris toimib paisuna metallikiht, mis on pooljuhist eraldatud õhukese dielektrikukihiga, enamasti ränidioksiidiga.

Sõltuvalt sellest, kas pooljuhtalusesse on voolukanal sisse moodustatud või kujuneb see seadise pingestamisel, eristatakse formeer- ja indutseerkanaliga väljatransistore.

MOSFETil võib olla n-kanal, kui laengukandjaiks on elektronid, või p-kanal, kui laengut edastavad elektronide asemel augud; elektroodipingete polaarsused on seejuures vastupidised.

Formeeritud (sisseehitatud) kanaliga transistore tuntakse ka kui vaegustüüpi MOS-transistore (depletion-mode N-MOSFET), sest neid kasutataks peamiselt laengukandjavaeses ehk vaegusrerežiimis. Seevastu indutseeritud kanaliga transistore saab kasutatda ainult laengukandjarikkas ehk küllusrežiimis (enhancement-mode N-MOSFET).

Väljatransistoride tingmärgid[muuda | muuda lähteteksti]

JFET N-Channel Labelled.svg JFET P-Channel Labelled.svg IGFET N-Ch Dep Labelled.svg IGFET P-Ch Dep Labelled.svg IGFET N-Ch Enh Labelled.svg IGFET P-Ch Enh Labelled.svg
n-kanaliga pn-väljatransistor (N-JFET)
G (Gate) ‒ pais, D (Drain) ‒ neel, S (Source) ‒ läte
p-kanaliga pn-väljatransistor
(P-JFET)
sisseehitatud n-kanaliga vaegustüüpi MOS-transistor
(depletion-mode N-MOSFET)
sisseehitatud p-kanaliga vaegustüüpi MOS-transistor
(depletion-mode P-MOSFET)
pingestamisel indutseeritava n-kanaliga
(enhancement-mode N-MOSFET)
pingestamisel indutseeritava p-kanaliga küllustüüpi MOS-transistor (enhancement-mode P-MOSFET)

Väljatransistoride eritüüpe[muuda | muuda lähteteksti]

  • CNTFET (carbon nanotube FET) ehk süsiniknanotorude FET – põhimõttelt sarnaneb MOSFET-iga, kuid kanali ehitamiseks kasutatakse süsinikust tehtud pooljuhtivaid nanotorusid.
  • DEPFET (depleted p-channel field-effect transistor) – selle baasil on võimalik toota fotosensoreid ja nende maatriksitest vastavalt fotokaamerate sensoreid.[1]
  • DNAFET (deoxyribonucleic acid FET) – seadis, mis kasutab lülitamiseks DNA molekule; kasutatakse biosensorina.[2]
  • FREDFET (fast-recovery epitaxial diode field-effect transistor) – seadis, mis on võimeline väga kiiresti välja lülituma; seetõttu sobib see hästi suure induktiivsusega elektritarvitite (nt elektrimootorite). väljalülitamiseks.
  • HFET ehk HEMT ehk MODFET (high electron mobility transistor) – põhineb erineva keelutsooniga materjalide kasutamisel.
  • ISFET (ion-sensitive field-effect transistor) – seadis reageerib ioonide kontsentratsioonile; paisumaterjaliks näiteks SiO2, Si3N4, Al2O3 ja Ta2O5.
  • MESFET (metal semiconductor field-effect transistor) –sarnaneb JFET-transistoriga, aga lisatud on veel Schottky siire.
  • NOMFET (nanoparticle organic memory FET) – orgaaniline transistor, mis imiteerib aju sünapse.
  • OFET (organic field-effect transistor) – orgaaniline väljatransistor.
  • GNRFET (graphene nanoribbon FET) – seadis, mis kasutab kanalina süsiniku ühe allotroobi nanoribasid.
  • MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor); isoleeritud paisuga väljatransistori eristruktuure:
    • DGMOSFET (double-gate strukture) – topeltpaisuga struktuurid;
    • FINFET (tri-gate structure) – kolme paisuga struktuurid;
    • GAA (gate-all-around structure) – ümberringi kaetud paisuga struktuurid.

Väljatransistoride võrdlus bipolaartransistoridega[muuda | muuda lähteteksti]

Kasutamise seisukohast erinevad väljatransistorid bipolaartransistoridest eelkõige suure sisendtakistuse poolest (vähemalt sajad megaoomid). Samuti on omamüra tase madalam, sest laengukandjad liiguvad kanalis elektrivälja kiirendaval toimel), seega mitte difusioonselt). Ka on temperatuuri mõju transistori parameetritele väiksem (voolu moodustavad väljatransistoris enamuslaengukandjad, mille hulk ei sõltu oluliselt temperatuurist). Väljatransistoridel puudub soojusläbilöögi oht, sest temperatuuri tõustes neeluvool pigem nõrgeneb.

Võrreldes bipolaartransistoridega on väljatransistoride paisuelektrood väga tundlik staatilise elektri suhtes ja sageli üle 20-voldist pinget ei talu. Väljatransistore võib olla kohati keerulisem tüürida, nende jaoks valmistatakse spetsiaalseid draivereid.

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]