Мощные полевые транзисторы: МОЩНЫЕ ИМПОРТНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

МОЩНЫЕ ИМПОРТНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

    В данном материале предоставляется справочная информация по зарубежным полевым транзисторам большой мощности. В таблице указаны только основные параметры – предельное напряжение стока, ток, рассеиваемая мощность и сопротивление открытого перехода сток-исток. Для более подробной информации, скопируйте название транзистора в поле ДАТАШИТ – справа сверху страницы и скачайте PDF файл с описанием. Полевые транзисторы мощные часто применяются в стабилизаторах напряжения и тока, выходных каскадах усилителей мощности, ключах зарядных устройств и преобразователей.

МОЩНЫЕ ИМПОРТНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

  Марка Напряжение, B Сопротивление перехода, Ом Ток стока, A Мощность, Вт Корпус  
  1 2 3
4
5 6  
  STH60N0SFI 50 0,023 40,0 65 ISOWATT218  
  STVHD90FI 50 0,023 30,0 40 ISOWATT220  
  STVHD90 50 0,023 52,0 125 ТО-220  
  STH60N05 50 0,023 60,0 150 ТО-218  
  IRFZ40 50 0,028 35. 0 125 ТО-220  
  BUZ15 50 0.03 45,0 125 ТО-3  
  SGSP592 50 0,033 40,0 150 ТО-3  
  SGSP492 50 0.033 40,0 150 ТО-218  
  IRFZ42FI 50 0,035 24,0 40 ISOWATT220  
  IRFZ42 50 0,035 35,0 125 ТО-220  
  BUZ11FI 50 0,04 20,0 35 ISOWATT220  
  BUZ11 50 0,04 30,0 75 ТО-220  
  BUZ14 50 0,04 39,0 125 ТО-3  
  BUZ11A 50 0,06 25,0 75 ТО-220  
  SGSP382 50 0. 06 28,0 100 ТО-220  
  SGSР482 50 0.06 30.0 125 ТО-218  
  BUZ10 50 0.08 20.0 70 ТО-220  
  BUZ71FI 50 0,10 12,0 30 ISOWATT220  
  IRF20FI 50 0,10 12,5 30 ISOWATT220  
  BUZ71 50 6,10 14,0 40 ТО-220  
  IRFZ20 50 0,10 15.0 40 ТО-220  
  BUZ71AFI 50 0,12 11,0 30 ISOWATT220  
  IRFZ22FI 50 0,12 12,0 30 ISOWATT220  
  BUZ71A 50 0,12 13,0 40 ТО-220  
  IRFZ22 50 0,12 14,0 40 ТО-220  
  BUZ10A 50 0,12 17,0 75 ТО-220  
  SGSP322 50 0,13 16,0 75 ТО-220  
  SGSP358 50 0. 30 7,0 50 ТО-220  
  MTh50N06FI 60 0,028 26,0 65 ISOWATT218  
  MTh50N06 60 0,028 40,0 150 ТО-218  
  SGSP591 60 0,033 40,0 150 ТО-3  
  SGSP491 60 0,033 40,0 150 ТО-218  
  BUZ11S2FI 60 0,04 20,0 35 ISOWATT220  
  BUZ11S2 60 0,04 30,0 75 ТО-220  
  IRFP151FI 60 0,055 26,0 65 ISOWATT218  
  IRF151 60 0.055 40,0 150 ТО-3  
  IRFP151 60 0.055 40,0 150 ТО-218  
  SGSP381 60 0,06 28,0 100 ТО-220  
  SGSP481 60 0.06 30.0 125 ТО-218  
  IRFP153FI 60 0,08 21,0 65 ISOWATT218  
  IRF153 60 0,08 33,0 150 ТО-3  
  IRFP153 60 0,08 34.0 150 ТО-218  
  SGSP321 60 0,13 16,0 75 ТО-220  
  MTP3055EFI 60 0,15 10,0 30 ISOWATT220  
  МТР3055Е 60 0,15 12.0 40 ТО-220  
  IRF521FI 80 0,27 7,0 30 ISOWATT220  
  IRF521 80 0.27 9,2 60 ТО-220  
  IRF523FI 80 036 6,0 30 ISOWATT220  
  IRF523 80 0.36 8,0 60 ТО-220  
  SGSP472 80 0,05 35.0 150 ТО-218  
  IRF541 80 0,077 15,0 40 ISOWATT220  
  IRF141 80 0.077 28,0 125 ТО-3  
  IRF541 80 0.077 28,0 125 ТО-220  
  IRF543F1 80 0,10 14,0 40 SOWATT220  
  SGSP362 80 0,10 22.0 100 ТО-220  
  IRF143 80 0,10 25,0 125 ТО-3  
  SGSР462 80 0.10 25,0 125 ТО-218  
  IRF543 80 0,10 25.0 125 О-220  
  IRF531FI 80 0.16 9,0 35 SOWATT220  
  IRF531 80 0.16 14,0 79 О-220  
  IRF533FI 80 0,23 8,0 35 ISOWATT220  
  IRF533 80 0,23 12.0 79 ТО-220  
  IRF511 80 0,54 5.6 43 ТО-220  
  IRF513 80 0,74 4,9 43 ТО-220  
  IRFP150FI 100 0,055 26,0 65 ISOWATT218  
  IRF150 100 0,055 40,0 150 ТО-3  
  IRFP150 100 0,055 40,0 150 ТО-218  
  BUZ24 100 0,6 32,0 125 ТО-3  
  IRF540FI 100 0,077 15,0 40 ISOWATT220  
  IRF140 100 0,077 28,0 125 ТО-3  
  IRF540 100 0,077 28,0 125 ТО-220  
  SGSP471 100 0,075 30,0 150 ТО-218  
  IRFP152FI 100 0,08 21,0 65 ISOWATT218  
  IRF152 100 0,08 33,0 150 ТО-3  
  IRFP152 100 0,08 34.0 150 ТО-218  
  IRF542FI 100 0,10 14,0 40 ISOWATT220  
  BUZ21 100 0,10 19.0 75 ТО-220  
  BUZ25 100 0,10 19.0 78 ТО-3  
  IRF142 100 0,10 25,0 125 ТО-3  
  IRF542 100′ 0,10 25,0 125 ТО-220  
  SGSP361 100 0,15 18,0 100 ТО-220  
  SGSP461 100 0,15 20.0 125 ТО-218  
  IRF530FI 100 0,16 9,0 35 ISOWATT220  
  IRF530 100 0,16 14.0 79 ТО-220  
  BUZ20 100 0,20 12.0 75 ТО-220  
  IRF532FI 100 0.23 8.0 35 ISOWATT220  
  IRF532 100 0,23 12,0 79 ТО-220  
  BUZ72A 100 0,25 9,0 40 ТО-220  
  IRF520FI 100 0.27 7,0 30 ISOWATT220  
  IRF520 100 0,27 9,2 60 ТО-220  
  SGSP311 100 0,30 11.0 75 ТО-220  
  IRF522FI 100 0,36 6.0 30 ISOWATT220  
  IRF522 100 0,36 8,0 60 ТО-220  
  IRF510 100 0,54 5,6 43 ТО-220  
  SGSP351 100 0,60 6,0 50 ТО-220  
  IRF512 100 0,74 4,9 43 ТО-220  
  SGSP301 100 1,40 2,5 18 ТО-220  
  IRF621FI 160 0,80 4.0 30 ISOWATT220  
  IRF621 150 0,80 5,0 40 ТО-220  
  IRF623FI 150 1,20 3,5 30 ISOWATT220  
  IRF623 150 1.20 4.0 40 ТО-220  
  STh43N20FI 200 0.085 20.0 70 ISOWATT220  
  SGSP577 200 0,17 20,0 150 ТО-3  
  SGSP477 200 0,17 20,0 150 ТО-218  
  8UZ34 200 0,20 19,0 150 ТО-3  
  SGSP367 200 0,33 12,0 100 ТО-220  
  BUZ32 200 0,40 9,5 75 ТО-220  
  SGSP317 200 0,75 6,0 75 ТО-220  
  IRF620FI 200 0,80 4,0 30 ISOWATT220  
  IRF620 200 0,80 5,0 40 ТО220  
  IRF622FI 200 1.20 3,5 30 ISOWATT220  
  IRF622 200 1.20 4,0 40 ТО-220  
  IRF741FI 350 0.55 5,5 40 ISOWATT220  
  IRF741 350 0,55 10,0 125 ТО-220  
  IRF743 350 0.80 8,3 125 ТО-220  
  IRF731FI 350 1,00 3,5 35 ISOWATT220  
  IRF731 350 1,00 5,5 75 ТО-220  
  IRF733FI 350 1,50 3,0 35 ISOWATT220  
  IRF733 350 1,50 4.5 75 ТО-220  
  IRF721FI 350 1,80 2.5 30 ISOWATT220  
  IRF721 350 1,80 3.3 50 ТО-220  
               
  IRF723FI 350 2,50 2,0 30 ISOWATT220  
  IRF723 350 2,50 2,8 50 ТО-220  
  IRFP350FI 400 0,30 10,0 70 ISOWATT218  
  IRF350 400 0,30 15,0 150 ТО-3  
  IRFP350 400 0,30 16,0 180 ТО-218  
  IRF740FI 400 0,55 5,5 40 ISOWATT220  
  IRF740 400 0,55 10,0 125 ТО-220  
  SGSP475 400 0,55 10,0 150 ТО-218  
  IRF742FI 400 0,80 4,5 40 ISOWATT220  
  IRF742 400 0,80 8,3 125 ТО-220  
  IRF730FI 400 1,00 3,5 35 ISOWATT220  
  BUZ60 400 1,00 5,5 75 ТО-220  
  IRF730 400 1,00 5,5 75 ТО-220  
  IRF732FI 400 1,50 3,0 35 ISOWATT220  
  BUZ60B 400 1,50 4,5 75 ТО-220  
  IRF732 400 1,50 4,5 75 ТО-220  
  IRF720FI 400 1,80 2,5 30 ISOWATT220  
  BUZ76 400 1,80 3,0 40 ТО-220  
  IRF720 400 1,80 3,3 50 ТО-220  
  IRF722FI 400 2,50 2,0 30 ISOWATT220  
  BUZ76A 400 2,50 2,6 40 ТО-220  
  IRF722 400 2,50 2,8 50 ТО-220  
  SGSP341 400 20,0 0,6 18 ТО-220  
  IRFP451FI 450 0,40 9,0 70 ISOWATT218  
  IRF451 450 0,40 13,0 150 ТО-3  
  IRFP451 450 0,40 14,0 180 ТО-218  
  IRFP453FI 450 0,50 8,0 70 ISOWATT218  
  IRF453 450 0,50 11,0 150 ТО-3  
  IRFP453 450 0,50 12,0 180 ТО-218  
  SGSP474 450 0,70 9,0 150 ТО-218  
  IRF841FI 450 0,85 4,5 40 ISOWATT220  
  IF841 450 0.85 8,0 125 ТО-220  
  IRFP441FI 450 0,85 5,5 60 ISOWATT218  
  IRF843FI 450 1,10 4,0 40 ISOWATT220  
  IRF843 450 1,10 7,0 125 ТО-220  
  IRF831FI 450 1,50 3,0 35 ISOWATT220  
  IRF831 450 1,50 4,5 75 ТО-220  
  SGSP364 450 1,50 5,0 100 ТО-220  
  IRF833FI 450 2,00 2,5 35 ISOWATT220  
  IRF833 450 2,00 4,0 75 Т0220  
  IRF821FI 450 3,00 2,0 30 ISOWATT220  
  IRF821 450 3,00 2,5 50 ТО-220  
  SGSP330 450 3,00 3,0 75 ТО-220  
  IRF823FI 450 4,00 1.5 30 ISOWATT220  
  IRF823 450 4,00 2,2 50 ТО-220  
  IRFP450FI 500 0,40 9,0 70 ISOWATT218  
  IRF450 500 0,40 13,0 150 ТО-3  
  IRFP450 500 0,40 14,0 180 ТО-218  
  IRFP452FI 500 0,50 8,0 70 ISOWATT218  
  IRF452 500 0,50 11,0 150 ТО-3  
  IRFP4S2 500 0,50 12,0 180 ТО-218  
  BUZ353 500 0,60 9,5 125 ТО-218  
  BUZ45 500 0,60 9,6 125 ТО-3  
  SGSP579 500 0,70 9,0 150 ТО-3  
  SGSP479 500 0,70 9.0 150 TO-218  
  BU2354 500 0,80 8,0 125 TO-218  
  BUZ45A 500 0,80 8,3 125 TO-3  
  IRF840FI 500 0,85 4,5 40 ISOWATT220  
  IRF840 500 0,85 8,0 125 TO-220  
  IRFP440FI 500 0,85 5,5 60 ISOWATT218  
  IRF842FI 500 1,10 4,0 40 ISOWATT220  
  IRF842 500 1.10 7,0 125 TO-220  
  IRF830FI 500 1,50 3,0 35 ISOWATT220  
  BUZ41A 500 1,50 4,5 75 TO-220  
  IRF830 500 1,50 4,5 75 TO-220  
  SGSP369 500 1,50 5,0 100 TO-220  
  IRF832FI 500 2,00 2,5 35 ISOWATT220  
  BUZ42 500 2,00 4,0 75 TO-220  
  IRF832 500 2,00 4,0 75 TO-220  
  IRF820FI 500 3,00 2,0 30 ISOWATT220  
  BUZ74 500 3,00 2,4 40 TO-220  
  IRF820 500 3,00 2,5 50 TO-220  
  SGSP319 500 3,80 2,8 75 TO-220  
  IRF322FI 500 4,00 1,5 30 ISOWATT220  
  BUZ74A 500 4,00 2,0 40 TO-220  
  IRF822 500 4,00 2,2 50 TO-220  
  SGSP368 550 2,50 5,0 100 TO-220  
  MTH6N60FI 600 1,20 3.5 40 ISOWATT218  
  MTP6N60FI 600 1,20 6,0 125 ISOWATT220  
  MTP3N60FI 600 .2,50 2,5 35 I30WATT220  
  MTP3N60 600 2,50 3,0 75 TO-220  
  STH9N80FI 800 1,00 . 5,6 70 ISOWATT218  
  STH9N80 800 1,00 9,0 180 TO-218  
  STH8N80FI 800 1,20 5,0 70 ISOWATT218  
  STH8N80 800 1,20 8.0 180 TO-218  
  STHV82FI 800 2,00 3,5 65 ISOWATT218  
  STHV82 800 2,00 5,5 125 TO-218  
  BUZ80AFI 800 3,00 2,4 40 ISOWATT220  
  BUZ80A 800 3,00 3,8 100 TO-220  
  BUZ80FI 800 4,00 2,0 35 ISOWATT220  
  BUZ80 800 4,00 2,6 75 TO-220  
  STH6N100FI 1000 2,00 3,7 70 ISOWATT218  
  STH6N100 1000 2,00 6,0 180 TO-218  
  STHV102FI 1000 3,50 3,0 65 ISOWATT218  
  STHV102 1000 3,50 4,2 125 TO-218  
  SGS100MA010D1 100 0,014 50 120 TO-240  
  SGS150MA010D1 100 0,009 75 150 TO-240  
  SGS30MA050D1 500 0,20 15 30 TO-240  
  SGS35MA050D1 500 0,16 17,5 35 TO-240  
  TSD200N05V 50 0,006 200 600 Isotop  
  TSD4M150V 100 0,014 70 135 Isotop  
  TSD4M251V 150 0,021 70 110 Isotop  
  TSD4M250V 200 0,021 60 110 Isotop  
  TSD4M351V 350 0,075 30 50 Isotop  
  TSD4M350V 400 0,075 30 50 Isotop  
  TSD4M451V 450 0,1 28 45 Isotop  
  TSD2M450V 500 0,2 26 100 Isotop  
  TSD4M450V 500 0,1 28 45 Isotop  
  TSD22N80V 800 0,4 22 77 Isotop  
  TSD5MG40V 1000 0,7 9 17 Isotop

ОБОЗНАЧЕНИЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ


   Проверку полевого транзистора на исправность можно проводить мультиметром в режиме тестирования P-N переходов диодов. Показываемое мультиметром значение сопротивления на этом пределе численно равно прямому напряжению на P-N переходе в милливольтах. У исправного транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление. Но в некоторых современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод поэтому бывает, что канал «сток-исток» при проверке ведет себя как обычный диод. Черным (отрицательным) щупом прикасаемся к стоку (D), красным (положительным) – к истоку (S). Мультиметр показывает прямое падение напряжения на внутреннем диоде (500 – 800 мВ). В обратном смещении мультиметр должен показывать бесконечно большое сопротивление, транзистор закрыт. Далее, не снимая черного щупа, касаемся красным щупом затвора (G) и опять возвращаем его на исток (S). Мультиметр показывает 0 мВ, причём при любой полярности приложенного напряжения – полевой транзистор открылся прикосновением. Если теперь черным щупом коснуться затвора (G), не отпуская красного щупа, и вернуть его на сток (D), то полевой транзистор закроется и мультиметр снова будет показывать падение напряжения на диоде. Это верно для большинства N-канальных полевых транзисторов.

Мощные N-канальные полевые c изолированным затвором транзисторы (MOSFET)

Обозначение Прототип Функциональное назначение Тип корпуса PDF
IFP50N06* WFP50N06 N – канальный транзистор 60 В; 0,022 Ом – 50 А

TO-220/3

IZ70N06** N – канальный транзистор 60 В; 0,015 Ом – 70 А б/к
IZ85N06** N – канальный транзистор 60 В; 0,012 Ом – 85 А б/к
IZ75N75** N – канальный транзистор 75 В; 0,017 Ом – 75 А б/к
IFP75N08 WFP75N08 N – канальный транзистор 80 В; 0,015 Ом – 75 А

TO-220/3

IZ630** N – канальный транзистор 200 В; 0,400 Ом – 9 А б/к
IZ640** N – канальный транзистор 200 В; 0,180 Ом – 18 А б/к
IZ634** N – канальный транзистор 250 В; 0,450 Ом – 8 А б/к
IFP730 WFP730 N – канальный транзистор 400 В; 0,950 Ом – 6 А

TO-220/3

IFP740 WFP740 N – канальный транзистор 400 В; 0,550 Ом – 10 А

TO-220/3

IFP830 WFP830 N – канальный транзистор 500 В; 1,400 Ом – 5 А

TO-220/3

IFP840 WFP840 N – канальный транзистор 500 В; 0,850 Ом – 8 А

TO-220/3

IZ13N50** N – канальный транзистор 500 В; 0,490 Ом – 13 А б/к
IZ20N50** N – канальный транзистор 500 В; 0,260 Ом – 20 А б/к
IZ50N50** N – канальный транзистор 500 В; 0,120 Ом – 50 А б/к
IFP1N60 WFP1N60 N – канальный транзистор 600 В; 12,000 Ом – 1 А

TO-220/3

IFU1N60 WFU1N60 N – канальный транзистор 600 В; 12,000 Ом – 1 А

I-PAK

IFD1N60 WFD1N60 N – канальный транзистор 600 В; 12,000 Ом – 1 А

D-PAK

IFU2N60 WFU2N60 N – канальный транзистор 600 В; 5,0 Ом –2 А

I-PAK

IFD2N60 WFD2N60 N – канальный транзистор 600 В; 5,0 Ом –2 А

D-PAK

IFP2N60 STP2NC60 N – канальный транзистор 600 В; 5,0 Ом – 2 А

TO-220/3

IFF2N60 WFF2N60 N – канальный транзистор 600 В; 5,0 Ом – 2 А TO-220FP
IFP4N60 STP4NC60 N – канальный транзистор 600 В; 2,5 Ом – 4,0 А

TO-220/3

IFF4N60 WFF4N60 N – канальный транзистор 600 В; 2,5 Ом – 4,0 А TO-220FP
IFP7N60 WFP7N60 N – канальный транзистор 600 В; 1,2 Ом – 7 А

TO-220/3

IZ10N60** N – канальный транзистор 600 В; 0,8 Ом – 10 А б/к
IZ12N60** N – канальный транзистор 600 В; 0,7 Ом – 12 А б/к
IZ20N60** N – канальный транзистор 600 В; 0,32 Ом – 20 А б/к
IZ24N60** N – канальный транзистор 600 В; 0,26 Ом – 24 А б/к
IZ28N60** N – канальный транзистор 600 В; 0,24 Ом – 28 А б/к
IZ40N60** N – канальный транзистор 600 В; 0,16 Ом – 40 А б/к
IZ1N65** N – канальный транзистор 650 В; 13,0 Ом – 1 А б/к
IZ2N65** N – канальный транзистор 650 В; 5,5 Ом – 2 А б/к
IZ4N65** N – канальный транзистор 650 В; 2,7 Ом – 4 А б/к
IZ7N65** N – канальный транзистор 650 В; 1,3 Ом – 7 А б/к
IZ10N65** N – канальный транзистор 650 В; 0,85 Ом – 10 А б/к
IZ12N65** N – канальный транзистор 650 В; 0,8 Ом – 12 А б/к
IFP1N80 WFP1N80 N – канальный транзистор 800 В; 18,0 Ом – 1 А TO-220/3
IFU1N80 WFU1N80 N – канальный транзистор 800 В; 18,0 Ом – 1 А

I-PAK

IFD1N80 WFD1N80 N — канальный транзистор 800 В; 18,0 Ом — 1 А D-PAK
IZ3N80** N – канальный транзистор 800 В; 5,0 Ом – 3 А б/к
IZ10N80** N – канальный транзистор 800 В; 1,1 Ом – 10 А б/к
IZ9N90** N – канальный транзистор 900 В; 1,4 Ом – 9 А б/к
IZ11N90** N – канальный транзистор 900 В; 1,1 Ом – 11 А б/к
IWP5NK80Z STP5NK80Z N – канальный транзистор 800 В; 2,4 Ом – 4,3 А TO-220/3
IZ024N IRFU024N N – канальный транзистор 55 В; 0,075 Ом — 17 А б/к

Справочник мощных импортных полевых транзисторов.

Особенностью справочника является то, что импортные полевые транзисторы взяты из прайсов интернет-магазинов.


Справочник предназначен для подбора полевых транзисторов по электрическим параметрам, для выбора замены (аналога) транзистору с известными характеристиками. За основу спраочника взяты отечественные транзисторы, расположенные в порядке возрастания напряжения и тока. Импортные MOSFET транзисторы в справочник взяты из прайс-листов магазинов. Импортные и отечественные транзисторы, расположенные в одной колонке, имеют близкие параметры, хотя и не обязательно являются полными аналогами.
MOSFET транзисторы обладают следующими достоинствами: малая энергия, которую нужно затратить для открывания транзистора. Этот параметр хоть и растет с увеличением частоты, но все равно остается гораздо меньшей, чем у биполярных транзисторов. У MOSFET транзисторов не времени обратного восстановления , как у биполярных и «хвоста», как у IGBT транзисторов, в связи с чем могут работать в силовых схемах на более высоких частотах. Кроме того, у MOSFET нет вторичного пробоя, и поэтому они более стойки к выбросам самоиндукции.








Отечеств. Корпус PDF Тип Imax, A Импортн. Корпус
Ограничения по длительному току, накладываемые корпусом:
ТО220 не более 75А, ТО247 не более 195А. В реальных
условиях отвода тепла эти цифры в несколько раз меньше.
Полевые транзисторы на напряжение до 40В:
КП364 ТО-92 n 0.02     кп364 — полевой транзистор 40В 0.1А, характеристики
КП302 ТО-92 n 0.04      транзистор кп302 на 40В 0.1А
2П914А ТО-39 n 0.1(0.2) BSS138
2SK583
sot23
TO-92
полевой транзистор 2п924 на 40В 0.1А
КП601 ТО-39 n 0.4   полевой транзистор кп601 на 40В 0.15А

КП507
ТО-92 p 0.6
1.1
TP2104
 
TO-92, sot23
sot23
полевой транзистор кп507на 40В 0.3А
      n 1.6 BSP295 sot223 импортный полевой smd транзистор BSP295
      n 2 RTR020N05 sot23 полевой транзистор для поверхностного монтажа на 40В 2А с защитным стабилитроном в затворе
      n 4 NTR4170 sot23
      n 5 PMV60EN sot23
      n 6 BSP100 sot223
КП921А TO-220 n 10     мощный полевой транзистор КП921 на 40В 10А для применения в быстродействующих переключающих устройствах
КП954Г TO-220 n 20(18) FDD8424 TO-252 мощный полевой транзистор КП954 на 40В 20А для источников питания
      n 34 BUZ11 TO-220 импортный MOSFET транзистор BUZ11 на 40В 34А
2П7160А TO-258 n 46(42) IRFR4104 TO-252 характеристики мощного MOSFET IRF4104
n 100 IRF1104 TO-220 MOSFET транзистор IRF1104 на 40В 100А
n 162 IRF1404 TO-220 MOSFET транзистор IRF1404 на 40В 162А. Подробные характеристики см. в datasheet
n 210 IRF2204 TO-220 импортный полевой транзистор IRF2204 на 40В 210А
n 280 IRF2804 TO-220 импортный полевой транзистор IRF2804 на 40В 280А
n 350 IRFP4004 TO-247 мощный полевой транзистор с изолированным затвором IRFP4004 с током до 195А
MOSFET транзисторы на напряжение до 60-75В:
      n 0.2
0.5
2N7000
BS170
TO-92, sot23 smd маломощный полевой транзистор BS170 на 60В 0.2А для поверхностного монтажа
КП804А ТО-39 n 1    
КП505 А-Г
 
ТО-92 n 1.4
2.7

IRFL014

sot223
импортный полевой транзистор irfl014 на 60В 0.1А для поверхностного монтажа
КП961Г ТО-126 n 5     транзистор КП961Г на 60В 0.5А
КП965Г ТО-126 n 5     транзистор КП965Г на 60В 0.5А
КП801 (А,Б) ТО-3 n 5      
КП739 (А-В) ТО-220 n 10 IRF520 ТО-220 импортный полевой транзистор IRF520, характеристики
КП740 (А-В) ТО-220 n 17 STP16NF06 TO-220 на 60В 15А
КП7174А ТО-220 n 18      
КП784А ТО-220 p 18    
КП954 В,Д ТО-220 n 20 STP20NF06 TO-220 мощный полевой транзистор КП954 на 60В 20А
2П912А ТО-3 n 25     полевой транзистор 2П912А на 60В и ток 25А
КП727(А,Б)
ТО-220
 

 
n
p
30
31
STP36NF06
IRF5305
ТО-220 мощный полевой транзистор КП727А на 60В 30А
КП741 (А,Б) ТО-220 n 50 IRFZ44 TO-220 мощный полевой транзистор irfz44 на 60В и ток 50А. Подробные характеристики см. в datasheet.
КП723(А-В) ТО-220 n 50 STP55NF06 TO-220 отечественный мощный полевой транзистор КП723 на 60В и ток до 50А
КП812(А1-В1) ТО-220 n 50     отечественный MOSFET транзистор КП812 на 60В и ток до 50А
2П7102Д ТО-220 n 50     MOSFET транзистор 2П7102 на 60В и ток до 50А
КП775(А-В) ТО-220 n 50(60) STP60NF06 TO-220 полевой транзистор КП775 на напряжение до 60В и ток до 50А
КП742(А,Б) ТО-218 n
n
n
p
80
80
82
74
SPB80N08
IRF1010
IRF2807
IRF4905
TO-220, D2PAK
ТО-220
ТО-220
ТО-220
полевой транзисторы irf1010, irf2807, irf4905 на 60В и ток до 80А
n 140
169
IRF3808
IRF1405
ТО-220
ТО-220
MOSFET транзистор irf3808 на 60В и ток до 140А
      n 210 IRFB3077 ТО-220 полевой транзистор irfb3077 на 75В и ток 210А
      n 350 IRFP4368 ТО-247 мощный полевой транзистор irfp4368 на напряжение 75В  ток до 195А
MOSFET на напряжение до 100-150В:
КП961В ТО-126 n 5      
КП965В ТО-126 p 5(6.8) IRF9520 ТО-220 p-канальный импортный полевой транзистор IRF9520 на напряжение до 100В, ток до7А
КП743 (А1-В1) ТО-126 n 5.6  
КП743 (А-В) ТО-220 n 5.6 IRF510 ТО-220 mosfet транзистор IRF510 на напряжение до 100В, ток до 6А.
КП801В ТО-3 n 8 IRFR120 DPAK  
КП744 (А-Г) ТО-220 n 9.2 IRF520 TO-220 импортный полевой транзистор IRF520 на напряжение до 100В и ток до 9А
КП922 (А,Б) ТО-3 n 10 BUZ72 TO-220 mosfet транзистор BUZ72 с током до 10А
КП745 (А-В) ТО-220 n 14 IRF530 ТО-220 транзистор IRF530 на напряжение до 100В и ток до 14А
КП785А ТО-220 p 19 IRF9540 ТО-220 импортный p-канальный полевой транзистор IRF9540 на ток до 19А
2П7144А ТО-220 p 19     мощный p-канальный полевой транзистор 2П7144 на 100В и ток до 19А
КП954Б ТО-220 n 20 IRFB4212 TO-220 параметры мощного MOSFET транзистора IRFB4212
2П912А ТО-3 n 20     мощный n-канальный полевой транзистор 2П912 на напряжение 100В и ток до 20А
КП746(А-Г) ТО-220 n 28 IRF3315 ТО-220 импортный полевой транзистор IRF3315 на ток до 28А
2П797Г ТО-220 n 28 IRF540 ТО-220 импортный полевой транзистор IRF540 на ток до 28А
КП769(А-Г) ТО-220 n 28     мощный полевой транзистор КП769 на напряжение до 100В и ток до 28А

КП150

ТО-218

n 33
34
38
IRF540NS
BUZ22
 
TO-220, D2PAK
TO-220
 
мощный полевой транзистор irf540 на 100В и ток 34А
КП7128А,Б ТО-220 p 40 IRF5210 ТО-220 mosfet транзистор irf5210 на 100В и ток до 40А
КП771(А-Г)

 

ТО-220

 

 

n 40
42
47

IRF1310
PHB45NQ10

ТО-220
TO-247, D2PAK
отечественный полевой транзистор КП771 на 100В 40А и его импортный аналог irf1310
      n 57 STB40NF10
IRF3710
smd
ТО-220
мощный полевой транзистор irf3710 на 100В 57А
      n 72 IRFP4710 ТО-247 mosfet транзистор irf4710 на 100В и ток до 72А
      n 171 IRFP4568 ТО-247 полевой тразистор irf4568 на 150В 171А
      n 290 IRFP4468 ТО-247 мощный полевой транзистор irf4468 на 100В 195А
Полевые транзисторы на напряжение до 200В:
КП402А ТО-92 p 0.15 BSS92 TO-92  
КП508А ТО-92 p 0.15      
КП501А ТО-92 n 0.18 BS107 TO-92  
КП960В ТО-126 p 0.2      
КП959В ТО-126 n 0.2      
КП504В ТО-92 n 0.2 BS108 ТО-92  
КП403А ТО-92 n 0.3      
КП932А ТО-220 n 0.3      
КП748 (А-В) ТО-220 n 3.3 IRF610 ТО-220 mosfet транзистор IRF610 с напряжением до 200В и на ток до 3А
КП796В ТО-220 p 4.1 BUZ173 TO-220  
КП961А ТО-126 n 5 IRF620 TO-220 полевой транзистор IRF620 на 200В 5А
КП965А ТО-126 p 5      
КП749 (А-Г) ТО-220 n 5.2      
КП737 (А-В) ТО-220 n 9 IRF630 ТО-220 mosfet транзистор irf630 на ток до 9А и напряжение до 200В
КП704 (А,Б) ТО-220 n 10 mosfet на 200В 10А
КП750 (А-В) ТО-220 n 18 IRF640
IRFB17N20
TO-220 mosfet транзистор IRF640 (200В 18А)
КП767 (А-В) ТО-220 n 18      
КП813А1,Б1 ТО-220 n 22 BUZ30A
IRFP264
TO-220
TO-247
мощный полевой транзистор irf264 на 200В 20А
КП250 ТО-218 n 30(25) IRFB4620 TO-220  
2П7145А,Б КТ-9 n 30 IRFB31N20 TO-220 мощный полевой транзистор 2П7145 (200В 30А)
КП7177 А,Б ТО-218 n 50(62) IRFS4227 D2PAK характеристики MOSFET транзистора на 200В 50А
      n 130 IRFP4668 TO-247 мощный импортный полевой транзистор irfp4668 на 200В 130А
Полевые транзисторы на напряжение до 300В:
КП960А ТО-126 p 0.2    
КП959А ТО-126 n 0.2  
КП796Б ТО-220 p 3.7  
2П917А ТО-3 n 5    
КП768 ТО-220 n 10    
КП934Б ТО-3 n 10    
КП7178А ТО-218
ТО-3
n 40    
Полевые транзисторы до 400В:
КП502А ТО-92 n 0.12    
КП511А,Б ТО-92 n 0.14      
КП733А ТО-220 n 1.5      
КП731 (А-В) ТО-220 n 2 IRF710 ТО-220 mosfet транзистор IRF710
КП751 (А-В) ТО-220 n 3.3 BUZ76
IRF720
ТО-220
TO-220
mosfet транзистор IRF720, характеристики
КП931 В ТО-220 n 5 IRF734 ТО-220 mosfet транзистор IRF734
КП768 ТО-220 n 5.5 IRF730 ТО-220 mosfet транзистор IRF730
КП707А1 ТО-220 n 6      
КП809Б ТО-218
ТО-3
n 9.6      
КП934А ТО-3 n 10 IRF740 ТО-220 mosfet транзистор IRF740
КП350 ТО-218 n 14 BUZ61 TO-220 mosfet транзистор BUZ61
2П926 А,Б ТО-3 n 16.5      
n 18.4 STW18NB40 TO-247 импортный полевой транзистор на 400В 18А
КП707А ТО-3 n 25 IRFP360 TO-247 mosfet на 400В 25А
Полевые транзисторы на напряжение до 500В:
КП780 (А-В) ТО-220 n 2.5 IRF820 ТО-220 mosfet транзистор IRF820
КП770 ТО-220 n 8 IRF840 TO-220 mosfet транзистор IRF840
КП809Б,Б1 ТО-218
ТО-3
n 9.6 2SK1162 ТО-3Р mosfet транзистор 2SK1162
КП450 ТО-218 n 12 IRFP450 TO-247 мощный полевой транзистор 500В 14А
КП7182А ТО-218 n 20 IRFP460 ТО-247  
КП460 ТО-218 n 20(23) IRFP22N50 TO-247 мощный полевой транзистор IRF22N50 на 500В 20А
КП7180А,Б ТО-218
ТО-3
n 26(31) IRFP31N50
STW30NM50
TO-247
TO-247,TO-220
мощный полевой транзистор 500В 31А
n 32 SPW32N50 TO-247 мощный полевой транзистор на 500В 32А
n 46 STW45NM50
IRFPS40N50
TO-247
S-247
мощный полевой транзистор на 500В 46А
Полевые транзисторы на напряжение до 600В:
Раздел: высоковольтные полевые транзисторы.
КП7129А ТО-220 n 1.2 SPP02N60 TO-220 высоковольтный полевой транзистор SPP02N60 на 600В
КП805 (А-В) ТО-220 n 4(3) SPP03N60 TO-220 высоковольтный MOSFET транзистор SPP03N60, характеристики
КП709(А,Б) ТО-220 n 4 IRFBC30 ТО-220 высоковольтный MOSFET транзистор IRFBC30, характеристики
КП707Б1 ТО-220 n 4 SPP04N60 ТО-220 мощный высоковольтный полевой транзистор SPP04N60 на 600В
КП7173А ТО-220 n 4      
КП726 (А,Б) smd
ТО-220
n 4.5      
КП931Б
 
ТО-220
 

 
n 5(6.2)
7
IRFBC40
SPP07N60
TO-220
TO-220
MOSFET транзистор 600В 5А
КП809В ТО-218
ТО-3
n 9.6 IRFB9N65A TO-220 мощный высоковольтный полевой транзистор IRFB9N65 на 600В
2П942В ТО-3 n 10 SPP11N60 ТО-220 MOSFET транзистор 600В 10А
КП953Г ТО-218 n 15      
КП707Б ТО-3 n 16.5 SPP20N60
SPW20N60
ТО-220
TO-247
MOSFET транзистор 600В 15А
n 30 STW26NM60 TO-247 полевой транзистор 600В 30А
КП973Б ТО-218 n 30 IRFP22N60
IRFP27N60
TO-247 MOSFET транзистор 600В 30А
n 40 IRFPS40N60 S-247 MOSFET транзистор 600В 40А
n 47 SPW47NM60
FCh57N60
TO-247 MOSFET транзистор 600В 47А
n 60 IPW60R045 TO-247 MOSFET транзистор 600В 47А
Полевые транзисторы на напряжение до 700В:
КП707В1 ТО-220 n 3      
КП728 (Г1-С1) ТО-220 n 3.3      
КП810 (А-В) ТО-218 n 7      
КП809Е ТО-218
ТО-3
n 9.6     мощный высоковольтный полевой транзистор на 700В
2П942Б ТО-3 n 10     MOSFET транзистор 700В 10А
КП707В ТО-3 n 12.5     мощный полевой транзистор 700В 12А
КП953В ТО-218 n 15 MOSFET транзистор 700В 15А
КП973А
 
ТО-218
 

 
n 30
39

IPW60R075

TO-247
полевой транзистор (IRF) 650В 25А
  n 60 IPW60R045 TO-247 полевой транзистор (IRF) 650В 38А
Полевые транзисторы на напряжение до 800В:
n 1.5 BUZ78
IRFBE20
ТО-220
TO-220
высоковольтный MOSFET транзистор IRFBE20, характеристики
КП931А ТО-220 n 5 IRFBE30 ТО-220 высоковольтный MOSFET транзистор IRFBE30, характеристики
КП705Б,В ТО-3 n 5.4 SPP06N80 ТО-220 высоковольтный MOSFET транзистор SPP06N80, характеристики
КП809Д ТО-218
ТО-3
n 9.6 STP10NK80 TO-220 мощный полевой транзистор 800В 10А
2П942А ТО-3 n 10 STP12NK80 TO-247 MOSFET транзистор 800В 10А
КП7184А ТО-218 n 15 SPP17N80 ТО-220 мощный полевой транзистор 800В 15А
КП953А,Б,Д ТО-218 n 15     MOSFET транзистор 800В 15А
КП971Б ТО-218 n 25(55) SPW55N80 TO-247 MOSFET транзистор 800В 25А
MOSFET транзисторы на напряжение до 900-1000В:
2П803А,Б   n 4.5(3.1) IRFBG30 TO-220 высоковольтный полевой транзистор IRFG30 на 900В
КП705А ТО-3 n 5.4(8) IRFPG50
2SK1120
TO-247
TO-218
мощный высоковольтный полевой транзистор 2SK1120 на 1000В
КП971А ТО-218 n 25(36) IPW90R120 TO-247 высоковольтный mosfet 900В 30А

Самый мощный полевой транзистор — Морской флот

Автор admin На чтение 11 мин Просмотров 5 Опубликовано

NXP » MRF1K50H

John Powell, NXP Semiconductors

Microwave Engineering Europe

Последние достижения в области технологии LDMOS позволили не только использовать радиочастотные транзисторы в тех приложениях, где раньше безраздельно доминировали электровакуумные приборы, но и расширить сферу их применения. Новый мощный радиочастотный транзистор MRF1K50H компании NXP при питании напряжением 50 В способен как в импульсном, так и в непрерывном режимах отдавать в нагрузку 1500 Вт в диапазоне частот от 1.8 до 500 МГц, что делает его самым мощным транзистором среди выпускаемых отраслью по любым технологиям и для любых частот.

Когда несколько лет назад NXP представила транзистор с непрерывной выходной мощностью 1250 Вт, он быстро завоевал популярность в самых разных приложениях большой мощности, где раньше традиционно использовались электровакуумные триоды и тетроды, поскольку это был первый LDMOS транзистор, способный работать в системах, в которых могут происходить огромные рассогласования импедансов.

Новый MRF1K50H (Рисунок 1) сместил этот уровень надежности в область более высоких мощностей, что делает его еще более привлекательным для приложений большой мощности. Это могут быть, в частности, схемы накачки углекислотных лазеров и источников плазмы, а также установки физики высоких энергий, в которых они формируют электромагнитное поле, ускоряющее пучки заряженных частиц.

Рисунок 1.Изображенные здесь в трех вариантах корпусов новые 1.5-киловаттные
радиочастотные транзисторы компании NXP на сегодня являются
самыми мощными твердотельными высокочастотными приборами.
Версия с керамическим корпусом с воздушной полостью совместима с
существующими транзисторами; для увеличения выходной мощности
достаточно лишь небольшой перенастройки.

MRF1K50H также хорошо подойдет для использования во многих промышленных системах, таких как нагревательное, сварочное и сушильное оборудование, в котором всегда использовались электронные лампы, поскольку никаких твердотельных источников радиочастотного диапазона, в которых сочетались бы надежность электровакуумных приборов с высокой выходной мощностью просто не существовало. Кроме того, транзистор найдет применение в УКВ передатчиках телевизионного вещания, УВЧ радарах и наземных базовых станциях подвижной радиосвязи.

Рисунок 2.MRF1K50H отдает непрерывную мощность 1550 Вт на частоте
27 МГц при усилении 25.9 дБ и КПД 78%.

Кроме того, MRF1K50H, вероятно, приобретет популярность среди производителей линейных усилителей для любительского радио, где один транзистор легко обеспечит максимальную пиковую мощность огибающей (1500 Вт), допустимую почти во всех КВ и некоторых УКВ диапазонах.

По уровню надежности и сроку службы этот транзистор намного превосходит любые электронные лампы. В экстремальных условиях, когда температура перехода может достигать 225 °C, среднее время наработки на отказ транзистора MRF1K50H составляет 35 лет, однако в нормальном режиме работы при температуре корпуса до 100 °C оно превышает 450 лет. Это гарантирует длительный срок эксплуатации без замены транзистора, намного сокращающий вынужденные простои промышленных систем, время их обслуживания и стоимость использования. Кроме того, твердотельные источники радиочастотных сигналов позволяют управлять выходной мощностью в их полном динамическом диапазоне, фактически, предлагая ранее недоступные варианты использования.

Рисунок 3.Основные характеристики транзисторов MRF1K50H в радиовещательном
диапазоне частот. Как можно видеть, КПД остается в пределах 81% … 84%.

Получить выходную мощность 1.5 кВт можно как от транзистора в керамическом корпусе с воздушной полостью (MRF1K50H), так и от транзистора в формованном пластмассовом корпусе (MRF1K50N). MRF1K50H совместим по выводам со своим 1250-ваттным предшественником MRFE6VP61K25H, а также с устройствами других производителей, так что переход на новые транзисторы не вызовет у разработчиков никаких трудностей. Более того, у транзисторов не только одинаковые корпуса, но и очень близкие значения выходной емкости, что позволяет устанавливать MRF1K50H на ту же печатную плату, выполнив лишь минимальные перенастройки, связанные с его большей выходной мощностью.

Предназначен для жестких условий эксплуатации

Как отмечалось выше, MRF1K50H исключительно надежен и устойчив к перегрузкам, что позволяет ему без повреждения и деградации параметров выдерживать КСВ 65:1. Пробивное напряжение прибора, равное 135 В, и способность к поглощению лавинной энергии, увеличенная по сравнению с предшественником на 40%, идеально подходят для тяжелых условий эксплуатации в промышленном оборудовании.

Рисунок 4.Для демонстрации типичных радиочастотных характеристик
MRFK150 NXP предлагает четыре эталонные схемы,
охватывающие диапазон от 27 МГц до 230 МГц.

Высокая выходная мощность предъявляет повышенные требования к системам отвода тепла. Для упрощения конструкций устройств охлаждения и повышения надежности тепловое сопротивление керамического корпуса прибора MRF1K50H было уменьшено до 0.12 °C/Вт, а фланцы выпускаемого в пластмассовом корпусе транзистора MRF1K50N изготавливаются из меди, благодаря чему его тепловое сопротивление переход-корпус снижено на 30%. Кроме того, более жесткие допуски на размеры и улучшенная паяемость выводов обеспечивают более точное и надежное крепление транзисторов к печатной плате в процессе производства.

Необходимым дополнением к анонсу любого нового устройства должны быть соответствующие проектные ресурсы, поэтому NXP предлагает четыре базовые схемы, в которых MRF1K50H будет использоваться чаще всего:

  • 27 МГц:
    Эта узкополосная эталонная схема работает на частоте, наиболее распространенной в промышленных приложениях, таких как термосклеивание, сушка и сварка.
  • 81.36 МГц:
    MRF1K50H хорошо подходит для этой частоты, которую производители выбрали для накачки CO2 лазеров.
  • 87.5 … 108 МГц:
    Очень большая выходная мощность MRF1K50H позволит сократить число транзисторов и усилительных модулей, необходимых для получения требуемой мощности на входах антенн передатчиков УКВ и цифрового радио. Эта широкополосная оценочная плата адресована разработчикам именно таких систем.
  • 230 МГц:
    На этой частоте в импульсном режиме работают узкополосные передатчики аэрокосмических и ряда других систем. Данная эталонная схема разработана для приложений с длительностью импульса 100 мкс, коэффициентом заполнения 20% и пиковой выходной мощностью 1500 Вт.

MRF1K50H, как и варианты транзистора в пластмассовых корпусах, уже выпускаются серийно. Во многих системах, в которых будет использоваться MRF1K50H, особенно в оборонных и промышленных приложениях, транзисторам предстоит работать в течение многих лет. Следовательно, для производителей очень важно быть уверенными в том, что важнейшие компоненты их систем будут доступны на протяжении всего этого времени. Для поддержки таких приложений NXP разработала программу «Долголетие продуктов», гарантирующую доступность критически важных компонентов, как минимум, в течение 15 лет после начала их производства. Применительно к MRF1K50H это означает, что NXP обеспечит их поставку, по крайне мере, до 2031 года.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Полевые транзисторы «IRF. «

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ «IRF. «

Мощные полевые ключевые транзисторы с изолированным затвором, n-канальные, обогащенного типа.

Uc-и max – максимально допустимое напряжение между стоком и истоком (V).

Ic max – максимально допустимый ток стока (А). Рmах • максимально допустимая мощность рассеяния на стоке (W).

Rc-и – минимальное эквивалентное сопротивление сток-исток в полностью открытом состоянии (Ohm).

Си – емкость стока (nF).

Uз-и (отс) — максимальное напряжение отсечки между затвором и истоком (V).

Uз-и max – пробивное напряж. затвор-исток (V). S(A/V) – крутизна ампер-вольтовой характеристики, от и до.

при Iс – ток стока (А) при котором измерялась

Основные параметры мощных транзисторов

Технологические возможности и успехи в разработке мощных полевых транзисторов привели к тому, что в настоящее время не составляет особого труда приобрести их за приемлемую цену.

В связи с этим возрос интерес радиолюбителей к применению таких MOSFET транзисторов в своих электронных самоделках и проектах.

Стоит отметить тот факт, что MOSFET’ы существенно отличаются от своих биполярных собратьев, как по параметрам, так и своему устройству.

Пришло время ближе познакомиться с устройством и параметрами мощных MOSFET транзисторов, чтобы в случае необходимости более осознанно подобрать аналог для конкретного экземпляра, а также иметь возможность понимать суть тех или иных величин, указанных в даташите.

Что такое HEXFET транзистор?

В семействе полевых транзисторов есть отдельная группа мощных полупроводниковых приборов называемых HEXFET. Их принцип работы основан на весьма оригинальном техническом решении. Их структура представляет собой несколько тысяч МОП ячеек включенных параллельно.

Ячеистые структуры образуют шестиугольник. Из-за шестиугольной или по-другому гексагональной структуры данный тип мощных МОП-транзисторов и называют HEXFET. Первые три буквы этой аббревиатуры взяты от английского слова hexagonal – «гексагональный».

Под многократным увеличением кристалл мощного HEXFET транзистора выглядит вот так.

Как видим, он имеет шестиугольную структуру.

Получается, что мощный MOSFET, по сути представляет собой эдакую супер-микросхему, в которой объединены тысячи отдельных простейших полевых транзисторов. В совокупности они создают один мощный транзистор, который может пропускать через себя большой ток и при этом практически не оказывать значительного сопротивления.

Благодаря особой структуре и технологии изготовления HEXFET, сопротивление их канала RDS(on) удалось заметно снизить. Это позволило решить проблему коммутации токов в несколько десятков ампер при напряжении до 1000 вольт.

Вот только небольшая область применения мощных HEXFET транзисторов:

Схемы коммутации электропитания.

Системы управления электродвигателями.

Усилители низкой частоты.

Ключи для управления мощными нагрузками.

Несмотря на то, что мосфеты, изготовленные по технологии HEXFET (параллельных каналов) обладают сравнительно небольшим сопротивлением открытого канала, сфера применения их ограничена, и они применяются в основном в высокочастотных сильноточных схемах. В высоковольтной силовой электронике предпочтение порой отдают схемам на основе IGBT.


Транзисторы HEXFET марки IRLZ44ZS

Изображение MOSFET транзистора на принципиальной электрической схеме (N-канальный МОП).

Как и биполярные транзисторы, полевые структуры могут быть прямой проводимости или обратной. То есть с P-каналом или N-каналом. Выводы обозначаются следующим образом:

О том, как обозначаются полевые транзисторы разных типов на принципиальных схемах можно узнать на этой странице.

Основные параметры полевых транзисторов.

Вся совокупность параметров MOSFET может потребоваться только разработчикам сложной электронной аппаратуры и в даташите (справочном листе), как правило, не указывается. Достаточно знать основные параметры:

VDSS (Drain-to-Source Voltage) – напряжение между стоком и истоком. Это, как правило, напряжение питания вашей схемы. При подборе транзистора всегда необходимо помнить о 20% запасе.

ID (Continuous Drain Current) – ток стока или непрерывный ток стока. Всегда указывается при постоянной величине напряжения затвор-исток (например, VGS=10V). В даташите, как правило, указывается максимально возможный ток.

RDS(on) (Static Drain-to-Source On-Resistance) – сопротивление сток-исток открытого канала. При увеличении температуры кристалла сопротивление открытого канала увеличивается. Это легко увидеть на графике, взятом из даташита одного из мощных HEXFET транзисторов. Чем меньше сопротивление открытого канала (RDS(on)), тем лучше мосфет. Он меньше греется.

PD (Power Dissipation) – мощность транзистора в ваттах. По-иному этот параметр ещё называют мощностью рассеяния. В даташите на конкретное изделие величина данного параметра указывается для определённой температуры кристалла.

VGS (Gate-to-Source Voltage) – напряжение насыщения затвор-исток. Это напряжение, при превышении которого увеличения тока через канал не происходит. По сути, это максимальное напряжение между затвором и истоком.

VGS(th) (Gate Threshold Voltage) – пороговое напряжение включения транзистора. Это напряжение, при котором происходит открытие проводящего канала и он начинает пропускать ток между выводами истока и стока. Если между выводами затвора и истока приложить напряжение меньше VGS(th), то транзистор будет закрыт.

На графике видно, как уменьшается пороговое напряжение VGS(th) при увеличении температуры кристалла транзистора. При температуре 175 0 C оно составляет около 1 вольта, а при температуре 0 0 C около 2,4 вольт. Поэтому в даташите, как правило, указывается минимальное (min.) и максимальное (max.) пороговое напряжение.

Рассмотрим основные параметры мощного полевого HEXFET-транзистора на примере IRLZ44ZS фирмы International Rectifier. Несмотря на впечатляющие характеристики, он имеет малогабаритный корпус D 2 PAK для поверхностного монтажа. Глянем в datasheet и оценим параметры этого изделия.

Предельное напряжение сток-исток (VDSS): 55 Вольт.

Максимальный ток стока (ID): 51 Ампер.

Предельное напряжение затвор-исток (VGS): 16 Вольт.

Сопротивление сток-исток открытого канала (RDS(on)): 13,5 мОм.

Максимальная мощность (PD): 80 Ватт.

Сопротивление открытого канала IRLZ44ZS составляет всего лишь 13,5 миллиОм (0,0135 Ом)!

Взглянем на «кусочек» из таблицы, где указаны максимальные параметры.

Хорошо видно, как при неизменном напряжении на затворе, но при повышении температуры уменьшается ток (с 51A (при t=25 0 C) до 36А (при t=100 0 С)). Мощность при температуре корпуса 25 0 С равна 80 Ваттам. Так же указаны некоторые параметры в импульсном режиме.

Транзисторы MOSFET обладают большим быстродействием, но у них есть один существенный недостаток – большая ёмкость затвора. В документах входная ёмкость затвора обозначается как Ciss (Input Capacitance).

На что влияет ёмкость затвора? Она в большой степени влияет на определённые свойства полевых транзисторов. Поскольку входная ёмкость достаточно велика, и может достигать десятков пикофарад, применение полевых транзисторов в цепях высокой частоты ограничивается.

В схемах переключения время заряда паразитной входной ёмкости транзистора влияет на скорость его срабатывания.

Важные особенности MOSFET транзисторов.

Очень важно при работе с полевыми транзисторами, особенно с изолированным затвором, помнить, что они “смертельно” боятся статического электричества. Впаивать их в схему можно только предварительно закоротив выводы между собой тонкой проволокой.

При хранении все выводы МОП-транзистора лучше закоротить с помощью обычной алюминиевой фольги. Это уменьшит риск пробоя затвора статическим электричеством. При монтаже его на печатную плату лучше использовать паяльную станцию, а не обычный электрический паяльник.

Дело в том, что обычный электрический паяльник не имеет защиты от статического электричества и не «развязан» от электросети через трансформатор. На его медном жале всегда присутствуют электромагнитные «наводки» из электросети.

Любой всплеск напряжения в электросети может повредить паяемый элемент. Поэтому, впаивая полевой транзистор в схему электрическим паяльником, мы рискуем повредить MOSFET-транзистор.

Мощные полевые транзисторы — принцип работы, применение | Электронщик

Существует два главных основополагающих типа полевых (униполярных, управляемых напряжением) транзисторов, являющихся активными полупроводниковыми элементами, обладающими высокой мощностью – это n-канальные иp-канальные.

Первые из них применяются более часто и отличаются наибольшим диапазоном токов и напряжений. Кроме этих моделей производятся полевые транзисторы, управляемые сигналом логического уровня, они обладают ограничением по току и защелкой по напряжению.

Определение полевого транзистора

Транзистор полевого типа считается полупроводниковым прибором, в конструкции которого регулировка осуществляется измерением проводимости проводящего канала, благодаря использованию поперечного электрического поля.

Другими словами, он является источником тока, который управляется Uз-и. От параметра напряжения между затвором и истоком зависит проводимость канала. Помимо p–n – канальных транзисторов существует их разновидность с затвором из металла, который изолирован от канала кремниевым диэлектриком. Это МДП-транзисторы (металл – диэлектрик, (окисел) – проводник). Транзисторы с использованием окисела называются МОП-транзисторы.

Параметры, характеризующие полевой транзистор

  • Ширина канала – расстояние между p-n-переходами W.
  • Напряжение отсечки — напряжение на затворе при исчезновении каналов.
  • Напряжение насыщения – с него начинается формирование пологой части ВАХ.
  • Стоко-затворная ВАХ (вольт-амперная характеристика).

Рис. №1. Стоко-затворная ВАХ n-канального транзистора с

Ic= Icmax (I – Uзи / U0)2 , здесь Icmax стока.

  • Крутизна определяется по формуле S = dIc / dUзи(мА/В),что является следствием увеличенияU рабочего стока, при этом крутизна полевого транзистора становится меньше.
  • Внутреннее сопротивление транзистора (дифференциальное сопротивление) rcсоставляет в пологой части характеристики несколько МОм.
  • Лавинный пробой p-n-переходов возможен после повышения напряжения области стока и истока, что считается причиной ограничения применения полевого транзистора относительноUc.
  • Коэффициент усиления относительно напряжения µu= srспри уменьшении величины тока стока коэффициент µuповышается.
  • Инерционность полевого транзистора обуславливается временем,отводимым на заряд барьерной емкости переходов затвора.
  • Полевой транзистор обладает граничной частотой для улучшения своих качественных частотных свойств.

Проводимость транзистора

Существует две разновидности проводимости – электронная и дырочная, это означает, что в основе работы лежит использование электронов и дырок. Транзистор с электронной проводимостью относится к n-канальным устройствам, p-канальные транзисторы обладают дырочной проводимостью.

Отличие полевых униполярных транзисторов от биполярных заключается в наличии значительно высокого значения величины входного сопротивления. Потребление электроэнергии полевыми транзисторами отличается значительной экономией.

Небольшие габаритные размеры МОП-транзисторах позволяет занимать очень малую площадь в конструкции интегральной схемы, в противоположность биполярным аналогам. Благодаря этому достигается значительно уплотненная компоновка элементов в интегральных схемах. Технология производства интегральной схемы на МОП-транзисторах затрачивает намного меньшее количество операций, чем технология производства ИС с применением биполярного транзистора.

Структура полевого транзистора

Основополагающий принцип работы, на котором осуществляется действие полевого транзистора с использованием управляющего p-n-перехода основывается на изменении проводимости канала, которая возможна благодаря изменению поперечного сечения. Сток и исток включают напряжение полярности, при котором главные носители заряда (ими являются электроны в канале n-типа) движутся от истока к стоку. В свою очередь, между затвором и истоком включается отрицательное напряжение, управляющее запиранием p – n–переходом.

Рис. №2. Структуры (а) полевых транзисторов с управляющим p-n-перехода и (б) структура транзистора с изолированным затвором.

При большем значении напряжения расширяется запирающий активный слой и канал становится уже. С уменьшением поперечного размера канала происходит увеличение сопротивления и уменьшение величины тока между стоком и истоком. Это действие позволяет управлять протеканием тока. При невысоком значении напряжения затвор  — исток происходит перекрытие канала запирающим слоем, что снижает проводимость канала. Ширина канала варьируется от нулевого значения  до отрицательных величин, иначе говоря, p-n-переходы затвора сдвигаются в обратном направлении, сопротивление увеличивается.

Напряжение на затворе после исчезновения канала и смыкании  p-n-перехода, определяется, как напряжение отсечки U0– это величина считается одной из основополагающих для всех  разновидностей полевых транзисторов.

Рис. №3. Структура полевого транзистора. Канал, расположенный между электродами стоком и истоком сформирован из слабообогащенного полупроводника n-типа.

Сфера использования полевых транзисторов

Полевой транзистор является устройством, рассчитанным на большую мощность, характерным в конструкции регуляторов, конвертеров, драйверов, электродвигателей, реле и мощных биполярных транзисторов. Они применяются в конструкции зарядных устройств, автоэлектроники, устройствах управления температурным режимом, широкополосных и малошумящих усилителях в схемах зарядочувствительных предусилителей и прочее.  Для полевых транзисторов характерно наличие высокого входного сопротивления. Управление полевым транзистором производится непосредственно от микросхемы, без применения добавочных усиливающих каскадов.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось — это поможет развитию канала

Мощные радиочастотные VDMOS-транзисторы фирмы Microsemi и модули на их основе

     Радиочастотные полевые транзисторы с изолированным затвором класса VDMOS объединяют достоинства полевых транзисторов с вертикальным каналом и приборов DMOS, изготовляемых методом двойной диффузии. Широкую номенклатуру VDMOS выпускает американская компания Microsemi, с вошедшей в нее фирмой Advanced Power Technology (APT). В статье описаны приборы этих компаний с выходной мощностью от нескольких Вт до 2кВт на частоте от 10 до 200МГц и усилители мощности на их основе.

Введение
     После освоения в СССР в конце 1970-х годов серийного производства первых в мире мощных полевых транзисторов с горизонтальным каналом КП901–КП904 [1, 2] во многих странах бурное развитие получили мощные полевые транзисторы с V- и U-образной структурой и вертикальным расположением канала. Первыми советскими приборами этого типа были транзисторы КП905, КП907, КП908, КП909, КП913 и др. [3, 5–7]. Их рабочая частота достигала 1–2 ГГц, и на них были отработаны принципы построения радиочастотных усилителей мощности [6, 7].
     К сожалению, дно и стенки V-образной канавки, получаемой методом анизотропного травления, имели неидеальную структуру полупроводника, что вело к локализации электрического поля под ней и вызывало снижение максимального рабочего напряжения стока.
     В конце 1970-х и особенно в 1980-х годах большое развитие получили приборы с двойной диффузией — DMOS. Они, по сути, являются гибридом полевого транзистора с горизонтальным каналом и транзистора с вертикальной структурой. Приборы класса DMOS имеют три важных преимущества по сравнению с приборами с V- и U-образной канавками: отсутствие дефектных областей, улучшенное качество затвора и повышенная подвижность носителей в канале. В то же время они характерны большой емкостью структуры и меньшей рабочей частотой. Две серии таких приборов (с выходной мощностью 300 Вт) созданы Воронежским ФГУП и «НИИ электронной техники» [4].

Мощные VDMOS фирмы Microsemi
     Мощные полевые транзисторы за рубежом сейчас производит множество фирм, например ST Microelectronics, Mictosemi, IXYS, International Rectifiers, Philips и др. Компания Microsemi (www.microsemi.com) выпускает мощные радиочастотные полевые транзисторы VDMOS (Vertical Diffusion Metal Oxide Seniconductor), в которых объединены достоинства приборов с вертикальной структурой и DMOS-транзисторов.
     Структура VDMOS-транзистора показана на рис. 1. Как нетрудно заметить, V- или U-образная канавка у прибора отсутствует, что заметно упрощает технологию его изготовления. Линии тока истока сначала от его металлических областей проходят через тонкий канал под поликристаллическим горизонтальным затвором и затем, переходя в вертикальное положение, собираются стоком в его N-области и низкоомной подложке типа N+.
     Параметры ряда серийных VDMOS даны в таблице 1. В основном это высоковольтные приборы. По сравнению с приборами LDMOS (ST Microelectronics и Philips [5]) значения рабочей частоты приборов ниже (до 200МГц), но зато они имеют выдающиеся энергетические показатели — выходную мощность до 750Вт и максимальное напряжение на стоке 1200В. Некоторые приборы хорошо приспособлены для применения в усилителях мощности с низковольтным питанием от 12 до 50В).


     VDMOS-транзисторы имеют различное корпусное исполнение, обусловленное реализуемыми схемотехническими решениями. Основные типы корпусов, применяемые при производстве мощных VDMOS транзисторов компании Microsemi, представлены на рис. 2. Характерной особенностью всех представленных корпусов является то, что они имеют малую высоту, это позволяет размещать их на достаточно тонкой печатной плате или теплоотводящей пластине.
     Знакомство с силовыми VDMOS-транзисторами компании Microsemi начнем с прибора ARF1519. В качестве основных параметров приборов производитель указывает напряжение питания усилителя мощности, выходную мощность и частоту выходного сигнала. У этого прибора они равны 250В, 750Вт и 25МГц соответственно. При работе резонансного усилителя в классе C напряжение на стоке достигает значений в 3–4 раза выше напряжения питания. Поэтому максимальное рабочее напряжение у этого транзистора нормируется на уровне 1000В. Из приведённых технических характеристик видно, что компонент ARF1519 Microsemi является высоковольтным мощным транзистором с умеренной (для такого класса приборов) максимальной рабочей частотой. В то же время отметим, что она на порядок выше, чем рабочая частота сопоставимого по мощности и напряжению на стоке силового (ключевого) транзистора.
     Выходные и передаточные характеристики транзистора ARF1519 показаны на рис. 3. Уровень остаточного напряжения на стоке включенного транзистора достаточно высок: до 15–20В при максимальном рабочем токе. Семейство передаточных характеристик имеет характерную термостабильную точку: в ней кривые пересекаются. Пороговое напряжение транзистора лежит в диапазоне от 2 до 3В.


     Постоянный ток стока у VDMOS-транзистора ARF1519 нормируется на уровне 20А, а импульсный ток может превышать 40А. Естественно, такой сильноточный прибор имеет большую ёмкость. Зависимость ёмкости от напряжения «сток-исток» UDS характеризуется резкой нелинейностью (рис. 4). Средние значения ёмкостей: входная — 4600пФ, выходная — 310пФ, проходная — 90пФ. Столь большие значения ёмкости указывают на то, что импедансы входа и выхода у транзистора очень малы, и поэтому особое значение приобретает согласование импедансов транзистора с импедансами источника входного сигнала и нагрузки (обычно 50Ом).
     Степень нагрева транзистора определяется значением его термического импеданса Rth (°C/Вт). Зависимость термического импеданса транзистора ARF1519 от длительности импульса тока стока представлена на рис. 5 и позволяет оценить степень допустимого увеличения тока стока от длительности импульса тока при заданном периоде повторения сигнала.
     Основные квалификационные параметры транзистора оцениваются при его работе в составе тестовых схем усилителей мощности. Такие схемы SPICE-модели транзисторов для их расчета и моделирования компания Microsemi приводит практически для всех своих транзисторов. На рис. 6 представлена тестовая схема для транзистора ARF1519. Там же приведена спецификация компонентов этой схемы и чертеж варианта монтажа схемы на печатной плате.


     Выбор ARF1519 в качестве первого транзистора для ознакомления с продукцией Microsemi не случаен: тестовая схема для него, показанная на рис. 6, — самая простая и наглядная. Это обычный однотактный каскад усилителя мощности на транзисторе, включенном с общим истоком. Для согласования выходного сопротивления генератора входного сигнала (50Ом) с низким входным импедансом полевого транзистора служит обычный ВЧ-трансформатор с большим коэффициентом трансформации (10:1). В стоке транзистора установлен последовательный резонансный контур с емкостной цепью согласования с нагрузкой (тоже 50Ом). Усилитель работает в классе C и развивает на частоте 13,56МГц мощность 750Вт (!). В схеме усилителя нет никакой «экзотики».

 Низковольтные сильноточные VDMOS
     Теперь рассмотрим транзистор VRG154, предназначенный для применения в устройствах с малым напряжением питания (от 12 до 50В). Максимальное напряжение на стоке этого прибора 170В, непрерывный ток коллектора 60A, а импульсный может достигать удвоенных значений. При этом прибор способен развивать мощность 600Вт на частоте 80 МГц при напряжении питания усилителя мощности 50 В и КПД 75%. Максимальная рассеиваемая на стоке мощность у этого прибора 1350 Вт!
     Выходные и передаточные характеристики транзистора VRG154 представлены на рис. 7. Выходные характеристики (рис. 7а) демонстрируют малые значения напряжения «сток-исток» при больших (до 60A) токах стока. Именно это обстоятельство позволяет применять эти транзисторы в схемах с низковольтным напряжением питания и рекордно большой выходной мощностью.


     На рис. 8 показаны графики зависимости емкостей транзистора от напряжения «сток-исток». Этот мощный прибор имеет большую и резко нелинейную зависимость ёмкости.
     Зависимость выходной мощности от входной на частоте 30 и 55МГц для транзистора VRG154 показана на рис. 9. Видно, что выходная мощность транзистора при этих значениях частоты может превышать 1000Вт.


     Зависимость теплового импеданса от длительности импульса в импульсном режиме работы дана на рис. 10. Подобные графики зависимости приводятся практически для всех мощных полевых транзисторов фирмы Microsemi.


     Тестовая схема однотактного генератора, в которой испытывается транзистор VRG154, показана на рис. 11. Для согласования импедансов используются сложные LC-цепи (двухъячейчатые фильтры) на входе и на выходе с настройкой их с помощью триммеров. Напряжение питания усилителя мощности составляет 50В.


     В схеме двухтактного усилителя мощности (рис. 12) пара транзисторов VRG154 способна при напряжении питания 40В отдавать на выходе мощность 1кВт. Для стабилизации напряжения смещения мощных полевых транзисторов и температурной компенсации используется специальный термочувствительный стабилизатор напряжения смещения на интегральной микросхеме IC1. Согласование импедансов источника входного сигнала и входа усилителя обеспечивается с помощью ВЧ-трансформаторов T1. Для согласования выходного импеданса с импедансом нагрузки применены цепи на отрезках линий передачи их коаксиального кабеля [13].

 Сверхвысоковольтные VDMOS с напряжением на стоке более 1000 В
     Транзистор ARF1505 (рис. 13) — это сверхвысоковольтный мощный полевой транзистор с максимальным напряжением на стоке 1200В, током стока 25А и рассеиваемой мощностью 1500Вт.
     Для обеспечения стабильной работоспособности такого мощного транзистора необходимо жестко закрепить его на поверхности радиатора или теплоотводящей пластины. Способ крепления и размеры корпуса этого транзистора представлены на рис. 14.


     Графики зависимости емкости от напряжения «сток-исток» у этого прибора нелинейные (рис. 15). При напряжении «сток-исток» 1В они превышают 10 000 пФ, но с ростом этого напряжения быстро падают. В технических данных на этот транзистор указаны следующие средние значения емкостей:
     • входная — 5400пФ;
     • выходная — 400пФ;
     • проходная — 160пФ.
     Выходные ВАХ транзистора ARF1505 показаны на рис. 16. Пороговое напряжение отсечки у этих приборов от 3 до 6В. Для сверхвысоковольтного прибора видимые на рис. 16 уровни остаточного напряжения малы. Температурный диапазон работы транзистора лежит в пределах от -55 до +175°C.
     Тестовая схема усилителя мощности на частоту 27МГц с напряжением питания 300В показана на рис. 17. Схема проста и от простейших схем отличается отрезком линии передачи во входной цепи. На рис. 17 справа показана конструкция этого усилителя на печатной плате. Выходная мощность усилителя — 750Вт при коэффициенте полезного действия 75% и коэффициенте усиления 17 дБ. Усилитель работает в классе C.

 Мощные VDMOS с частотой выходного сигнала более 100 МГц
     Представительную, хотя и не очень многочисленную группу VDMOS составляют транзисторы с повышенной (100МГц и выше) частотой выходного сигнала. Их данные приведены в таблице 2.


     Одним из таких приборов является высокочастотный транзистор VRF151, изображённый на рис. 18. Свои рабочие параметры он реализует при напряжении питания 50В.
     Почти аналогичный транзистор VRF150 имеет мощность выходного сигнала 150Вт на немного более низкой частоте — 150 МГц. А транзистор VRF141 позволяет получать мощность 150Вт на частоте 175МГц при более низком напряжении питания — 28 В. VRF151 имеет рабочее напряжение на стоке до 170В, ток стока 16A, рассеиваемую на стоке мощность до 300Вт и температурный диапазон работы от -65 до +150°C. Выходные и передаточные характеристики прибора показаны на рис. 19.
     Высокочастотные мощные полевые транзисторы имеют на порядок меньшие показатели емкости, чем их менее высокочастотные собратья. Это видно на представленном рис. 20. Средние значения емкостей составляют: входная — 375пФ, выходная — 200пФ и проходная емкость — 12пФ. Эти, вполне умеренные значения емкостей расширяют частотный диапазон работы транзисторов до частот примерно 200МГц.

     Графики зависимости выходной мощности от мощности входного сигнала показаны на рис. 21 при двух значениях напряжения питания тестовой схемы — 50 и 40В. Вид этих графиков типовой, и каких-либо особенностей они не имеют.
     Для ВЧ- и СВЧ-транзисторов часто указывают параметры вносимых ими искажений. На рис. 22 представлены кривые интермодуляционных искажений для транзистора VRF151.


     Тестовая схема однотактного усилителя мощности на частоту 175МГц показана на рис. 23.
     Ряд транзисторов этой группы выпускается в более дешевых пластмассовых корпусах, рассчитанных на меньшую мощность. Например, это транзистор ARF449 (рис. 24).


     Он тестируется в схеме на частоте 81,36МГц. Зависимость мощности выходного сигнала от мощности входного сигнала для усилителя мощности на транзисторе ARF449 показана на рис. 25.
     На рис. 26 представлена тестовая схема усилителя мощности на транзисторе ARF449, работающего в классе C. Усилитель обеспечивает мощность выходного сигнала 90Вт, КПД 75% и коэффициент усиления 13дБ.

Сдвоенный мощный низковольтный VDMOS транзистор VRF141G
     Для создания двухтактных СВЧ-усилителей мощности с низковольтным 28В питанием (напряжение 28В) служит сдвоенный мощный низковольтный VDMOS VRF141G (рис. 27). Под маркой MRF141G этот прибор выпускает и другой производитель высокочастотных компонентов — компания Motorola. Усилители мощности на этих транзисторах обеспечивают мощность 300Вт на частоте 175 МГц при напряжении питания 28В.
     Выходные ВАХ и передаточные характеристики одного транзистора VRF141G показаны на рис. 28, а зависимость емкостей этих приборов от напряжения «сток-исток» приведена на рис. 29. Это типичные характеристики для мощных низковольтных VDMOS полевых транзисторов.
     Типовой является и характеристика зависимости параметров емкостей (для одного транзистора) от напряжения «сток-исток».


     На рис. 30 представлена тестовая схема двухтактного усилителя мощности на сдвоенном мощном VDMOS VRF141G. Входной фазоинвертор и устройство согласования входного импеданса с импедансом источника входного сигнала выполнены по схеме широкополосного трансформатора на трех отрезках коаксиального кабеля. Выходной трансформатор также построен на трех отрезках коаксиального кабеля. Приняты меры по ослаблению проникновения гармоник выходного сигнала в цепь источника питания с напряжением 28В. Усилитель обеспечивает КПД в 50% и типовой коэффициент усиления 14дБ на частоте 175МГц.

Мощные высоковольтные сверхскоростные VDMOS транзисторы со встроенными драйверами
     Особенно высокими энергетическими показателями обладают мощные высоковольтные VDMOS со встроенным драйвером управления затвором (табл. 3). По существу, это гибридные микросхемы, содержащие мощные транзисторы с драйверами и ряд бескорпусных компонентов внутри единого корпуса. Применение встроенного драйвера (или двух драйверов в приборах с двумя мощными транзисторами) обеспечивает время переключения мощных приборов в единицы нс, что позволяет использовать их в усилителях класса D (работающих в ключевом режиме) с частотой выше 10МГц с высоким КПД до 90%.


     На рис. 31 показан одиночный (N = 1) мощный высоковольтный транзистор DRF1200 со встроенным драйвером управления затвором. Драйвер требует дополнительного напряжения питания 15–18В. Входное напряжение драйвера 3В. Прибор DRF1201 содержит два параллельно включенных VDMOS транзистора, что увеличивает ток стока до 26A.
     Функциональная схема драйвера показана на рис. 32. Драйвер построен на основе скоростного триггера Шмитта и двухтактной схемы быстрого заряда-разряда входной емкости мощного полевого транзистора, куда входят комплементарные полевые транзисторы средней мощности.
     На рис. 33 представлена схема, в которой тестируется прибор. По существу, это схема ключа на мощном полевом транзисторе с резистивной нагрузкой RL.
     На рис. 34 приведены осциллограммы процессов переключения ключа на транзисторе DRF1200 с драйвером. Напряжение питания ключа 800В, сопротивление нагрузки 51Ом. Время выключения ключа в 3,4нс — это очень малое значение для такого мощного ключа. Сопротивление «сток-исток» включенного транзистора 0,9Ом. Максимальное напряжение на стоке полевого транзистора — 1000В, максимальная рассеиваемая транзистором мощность — 360Вт. Типовые значения емкостей: входная — 2000пФ, выходная — 165пФ, проходная — 75пФ.


     Печатная плата тестовой схемы ключа на транзисторе DRF1200 показана на рис. 35. Благодаря тестированию во временной, а не в частотной области, конструкция платы заметно упрощена. Разумеется, прибор можно использовать и в частотной области для построения усилителей мощности с частотой до 30МГц. Транзистор DRF1200 предназначен для построения усилителей мощности класса E и преобразователей с импульсным регулированием.


     Выпускаются также мощные двойные (N = 2) высоковольтные VDMOS DRF1301 (рис. 36) для двухтактных устройств. Их применение может упростить построение некоторых устройств мощной усилительной и преобразовательной техники.
     Для демонстрации возможностей мощных VDMOS со встроенными драйверами фирма Microsemi выпускает ряд генераторов мощных синусоидальных сигналов с выходной мощностью от 600 до 2500Вт. Два из них показаны на рис. 37.


     Прибор VDMOS DRF1400 содержит полумост из двух высоковольтных транзисторов с драйверами затвора [13]. Он предназначен для построения усилителей, работающих в классе D (в ключевом режиме) (рис. 38). Их транзисторы управляются прямоугольными импульсами с широтно-импульсной модуляцией. Когда верхний транзистор открыт, нижний — закрыт. И наоборот.
     На рис. 39 показаны платы, образующие тестовый генератор c усилителем класса D на приборе DRF1400. Усилитель обеспечивает на рабочей частоте 13,56 МГц выходную мощность 1,7кВт при КПД 87%.

Моделирование устройств на VDMOS в системе MATLAB+Simulink
     Сложность расчета и построения мощных высокоскоростных устройств и трудности их экспериментальной отладки делают важным математическое моделирование таких устройств. В последние годы одной из основных систем для такого моделирования является матричная система MATLAB с пакетом блочного имитационного моделирования Simulink [9–11].
     В последней реализации этой системы MATLAB+Simulink R2012 a имеются пакеты расширения SimPowerSystem и SimElectronics, библиотеки моделей которых содержат мощные MOSFET и средства их контроля, в том числе расчета температуры внутренней области и рассеиваемой мощности. При этом есть как упрощенные модели, так и SPICE-совместимые. Встроенный пример моделирования характериографа позволяет легко подобрать параметры MOSFET c ВАХ нужного вида.
     Для примера рассмотрим моделирование мощного усилителя звуковой частоты с широтно-импульсным регулятором. Диаграмма модели усилителя представлена на рис. 40. В правой ее части показано окно установки входного сигнала — две синусоиды с частотами 2000 и 2500Гц и амплитудой 15В. В диаграмме использован блок Feedback Controller широтно-импульсного регулятора из пакета расширения SimElectronics. Преобразование идет на частоте 1МГц.
     Субмодель мостового регулятора на двух полумостах с мощными MOSFET представлена блоком MOSFETS&Filters. Сделав на этом блоке двойной щелчок правой клавишей мыши, можно вывести диаграмму моделей ключей: она показана на рис. 41 сверху. Там же показаны диаграммы субмоделей LC-фильтров, которые гасят пульсации сигнала, связанные с широтно-импульсным характером регулирования.
     Эта модель с помощью виртуального осциллографа строит временные диаграммы работы усилителя (рис. 42 сверху) и спектр мощности частот входного и выходного сигналов. Он показан на рис. 42 снизу. Для получения этих данных модель запускают на исполнение кнопкой с изображением черного треугольника в панели инструментов диаграммы модели (рис. 40).


     Входной сигнал в виде двух синусоид дает характерные биения, в результате чего он напоминает сигнал модуляции. Он позволяет оценить динамику и динамический диапазон усилителя. На осциллограммах (рис. 42) представлены выходной сигнал, сигнал ошибки и входной сигнал широтно-импульсного регулятора. Нетрудно заметить, что на глаз входной и выходной сигнал имеют одинаковую форму и отличаются только масштабом.

Заключение
     Мощные полевые радиочастотные транзисторы класса VDMOS удачно сочетают достоинства VMOS-транзисторов с приборами класса DMOS. Несколько уступая приборам VMOS по значениям максимальной рабочей частоты, они заметно превосходят их по основным энергетическим параметрам — выходной мощности, рабочим напряжениям и токам стока. Обширная номенклатура выпускаемых фирмой Microsemi полевых транзисторов класса VDMOS позволяет строить на них усилители с мощностью выходного сигнала от единиц Вт до 1–2,5 кВт на частоте от 10 до 150 МГц. Такие усилители применяются в телевизионной, спутниковой, радиолокационной, медицинской аппаратуре и аппаратуре для связи, успешно заменяя применяемые ранее устройства на электронных лампах и биполярных транзисторах.

Литература
1. Бачурин В. В., Дьяконов В. П., Сопов О. В. Мощные высокочастотные и сверхвысокочастотные МДП-транзисторы // Электронная промышленность. 1979. № 8.
2. Бачурин В. В., Дьяконов В. П., Сопов О. В. Мощный высокочастотный МДП-транзистор КП904 // Электронная промышленность. 1979. № 5.
3. Бачурин В. В., Бычков С. С., Дьяконов В. П., Прушинский А. К. Мощный кремниевый сверхвысокочастотный МДП-транзистор КП908 // Электронная промышленность. 1980. № 1.
4. Асессоров В., Кожевников В., Дикарев В., Цоцорин А. Мощные ВЧ и СВЧ полевые транзисторы для аппаратуры средств радиосвязи // Компоненты и технологии. 2006. № 5.
5. Захаров В. Мощные СВЧ-транзисторы фирмы Philips Semicomductor // Компоненты и технологии. 2003. № 6.
6. Дьяконов В. П. Мощные полевые транзисторы: история, развитие и перспективы. Аналитический обзор // Силовая электроника. 2011. № 3.
7. Бачурин В. В., Ваксембург В. Я., Дьяконов В. П. и др. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Справочник. М.: Радио и связь, 1994.
8. Дьяконов В. П., Максимчук А. А., Ремнев А. М., Смердов В. Ю. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. М.: СОЛОН-Р, 2002.
9. Дьяконов В. П. Физическое моделирование схем на полевых транзисторах в Simulink и SimElectronics // Компоненты и технологии. 2011. № 11.
10. Дьяконов В. П. Моделирование в MATLAB+Simulink электронных компонентов, систем и устройств // Компоненты и технологии. 2011. № 4.
11. Дьяконов В. П. MATLAB и Simulink для радиоинженеров. М.: ДМК-Пресс, 2011.
12. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. М.: Мир, 1990.
13. Gui Shoi. 13.56 MHz. Class-D Half Bridge, RF Generator with EDF1400. Application Note 1817. Microsemi. March 2012.

Скачать в PDF

Характеристики мощных комплементарных полевых транзисторов

Многие любители высококачественного звуковоспроизведения уже давно оценили достоинство использования комплементарных полевых транзисторов в выходных каскадах УНЧ. Достоинство это не скрывается под большими семейными трусами, а наоборот так и норовит прорости наружу в виде красивого («мягкого/лампового») звучания, малого уровня искажений и устойчивости к перегрузкам.
А по таким параметрам, как коэффициент демпфирования, передача низких и высоких частот, ширина рабочей полосы пропускания — они превосходят даже классические образцы ламповых усилителей.

Итак. Высокая температурная стабильность, малая мощность управления, слабая подверженность к пробою, самоограничение тока стока, высокое быстродействие в режиме коммутации, малый уровень шума — это основные преимущества полевых MOSFET транзисторов перед вакуумными приборами и биполярными транзисторами.

Теперь о главном — какие выбрать полевики!

Начнём с исходной точки — мощных и дорогих комплементарных полевых транзисторов, специально разработанных для аудиоаппаратуры. Такие транзисторы отличаются слабой зависимостью крутизны (forward transfer admitance) от тока стока и сглаженными выходными ВАХ.
Параметры некоторых специализированных КМОП транзисторов, приведены в табл. 1.

 Транзистор    Канал   UСИmax, В   UЗИmax, В   IСmax, А   RСИ, Ом   Pmax, Вт   СЗИ, пФ 
 10N20
 20N20 (Exicon)
 N-кан  200  ±14  8
 16
   125
 250
 500
 950
 10P20
 20P20 (Exicon)
 P-кан  200  ±14  8
 16
   125
 250
 700
 1900
 2SK133
 2SK134
 2SK135 (Hitachi)
 N-кан  120
 140
 160
 ±14  7    100  600
 2SJ48
 2SJ49
 2SJ50 (Hitachi)
 P-кан  120
 140
 160
 ±14  7    100  900
 2SK1056
 2SK1057
 2SK1058 (Hitachi)
 N-кан  120
 140
 160
 ±15  7    100  600
 2SJ160
 2SJ161
 2SJ162 (Hitachi)
 P-кан  120
 140
 160
 ±15  7    100  900
 2SK175 (Hitachi)  N-кан  180  ±15  8  1,7  125  
 2SJ55 (Hitachi)  P-кан  180  ±15  8  1,0  125  
 2SK1529
 2SK1530 (Toshiba) 
 N-кан  180
 200
 ±20  10
 12
   120
 150
 700
 900
 2SJ200
 2SJ201 (Toshiba) 
 P-кан  180
 200
 ±20  10
 12
   120
 150
 1300
 1500
 BUZ900P
 BUZ901P 
 N-кан  160
 180
 ±14  8    125  500
 BUZ905P
 BUZ906P 
 P-кан  160
 180
 ±14  8    125  730

Ненамного худшими параметрами будут обладать усилители, построенные на массовых, а потому недорогих, мощных MOSFET-ах, изначально предназначенных для коммутационных (Fast Switching) миссий. Причём по некоторым характеристикам, таким как: крутизна характеристики, сопротивление сток-исток в открытом состоянии, подобные транзисторы превосходят своих специализированных аудио коллег.

Количество такого Fast Switching комплементарного MOSFET-добра никем немерено, поэтому ограничусь параметрами всего лишь нескольких КМОП экземпляров, наиболее популярных в радиолюбительском УНЧ-строении.

 Транзистор    Канал   UСИ max, В   UЗИ max, В   IС max, А   RСИ, Ом   Pmax, Вт   СЗИ, пФ 
 IRFZ34  N-кан  55  ±20  29  0,04  68  700
 IRF9Z34N  P-кан  55  ±20  19  0,1  68  620
 IRF130
 IRF131
 IRF132
 IRF133
 N-кан  100
 60
 100
 60
 ±20  14
 14
 12
 12
 0,18
 0,18
 0,25
 0,25
 75  600
 IRF9130
 IRF9131
 IRF9132
 IRF9133
 P-кан  100
 60
 100
 60
 ±20  12
 12
 10
 10
 0,3
 0,3
 0,4
 0,4
 75  700
 IRF530
 IRF531
 IRF532
 IRF533
 N-кан  100
 60
 100
 60
 ±20  14
 14
 12
 12
 0,18
 0,18
 0,25
 0,25
 75  600
 IRF9530
 IRF9531
 IRF9532
 IRF9533
 P-кан  100
 60
 100
 60
 ±20  12
 12
 10
 10
 0,3
 0,3
 0,4
 0,4
 75  700
 IRF540
 IRF541
 IRF542
 IRF543
 N-кан  100
 80
 100
 80
 ±20  28
 28
 25
 25
 0,077
 0,077
 0,1
 0,1
 125  1450
 IRF9540
 IRF9541
 IRF9542
 IRF9543
 P-кан  100
 80
 100
 80
 ±20  19
 19
 15
 15
 0,2
 0,2
 0,3
 0,3
 125  1100
 IRF630
 IRF631
 IRF632
 IRF633
 N-кан  200
 150
 200
 150
 ±20  9
 9
 8
 8
 0,4
 0,4
 0,5
 0,5
 75  600
 IRF9630
 IRF9631
 IRF9632
 IRF9633
 P-кан  200
 150
 200
 150
 ±20  6,5
 6,5
 5,5
 5,5
 0,8
 0,8
 1,2
 1,2
 75  560
 IRF640
 IRF641
 IRF642
 IRF643
 N-кан  200
 150
 200
 150
 ±20  18
 18
 16
 16
 0,18
 0,18
 0,22
 0,22
 125  1600
 IRF9640
 IRF9641
 IRF9642
 IRF9643
 P-кан  200
 150
 200
 150
 ±20  11
 11
 8
 8
 0,5
 0,5
 0,7
 0,7
 125  1100
 IRFP140  N-кан  100  ±20  31  0,077  180  1275
 IRFP9140  P-кан  100  ±20  21  0,2  180  1300

А для желающих ознакомиться с примерами схем УНЧ с выходными каскадами, построенными на мощных комплементарных транзисторах, приведу несколько ссылок:

Схема усилителя низкой частоты на мощных полевых транзисторах, реализованная по чисто ламповой схемотехнике Ссылка на схему .

Схемы УНЧ на TDA7293 мощностью 200 Вт и выходными каскадами на полевых транзисторах Ссылка на схему .

Схемы УНЧ на TDA7293 мощностью 800 Вт и выходными каскадами на полевых транзисторах Ссылка на схему .

 

Полевой транзистор

» Electronics Notes

Полевой транзистор (FET) представляет собой активное устройство с тремя выводами, использующее электрическое поле для управления протеканием тока, и имеет высокое входное сопротивление, что полезно во многих цепях.


FET, полевой транзистор, учебник Включает:
основы FET характеристики полевого транзистора JFET МОП-транзистор МОП-транзистор с двойным затвором Мощный МОП-транзистор MESFET / GaAs полевой транзистор ХЕМТ И ФЕМТ Технология FinFET


Полевой транзистор FET является ключевым электронным компонентом, используемым во многих областях электронной промышленности.

Полевой транзистор, используемый во многих схемах, построенных из дискретных электронных компонентов в областях от радиочастотных технологий до управления мощностью и электронного переключения до общего усиления.

Однако в основном полевые транзисторы FET используются в интегральных схемах. В этом приложении схемы на полевых транзисторах потребляют гораздо меньше энергии, чем ИС, использующие технологию биполярных транзисторов. Это позволяет работать очень большим интегральным схемам. Если бы использовалась биполярная технология, потребляемая мощность была бы на несколько порядков выше, а генерируемая мощность была бы слишком велика, чтобы рассеиваться на интегральной схеме.

Помимо использования в интегральных схемах, дискретные версии полевых транзисторов доступны как в виде электронных компонентов с выводами, так и в виде устройств для поверхностного монтажа.

Типовые полевые транзисторы

Полевой транзистор, история FET

Прежде чем первые полевые транзисторы были представлены на рынке электронных компонентов, эта концепция была известна в течение ряда лет. Было много трудностей при реализации этого типа устройства и обеспечении его работы.

Некоторые из ранних концепций полевого транзистора были изложены в статье Лилиенфилда в 1926 г. и в другой статье Хейла в 1935 г.

Следующий фундамент был заложен в 1940-х годах в Bell Laboratories, где была создана исследовательская группа по полупроводникам. Эта группа исследовала ряд областей, относящихся к полупроводникам и полупроводниковой технологии, одной из которых было устройство, которое могло бы модулировать ток, протекающий в полупроводниковом канале, путем размещения электрического поля рядом с ним.

Во время этих ранних экспериментов исследователи не смогли заставить идею работать, превратив свои идеи в другую идею и, в конечном итоге, изобрели другую форму компонента полупроводниковой электроники: биполярный транзистор.

После этого большая часть исследований полупроводников была сосредоточена на улучшении биполярного транзистора, и идея полевого транзистора какое-то время не исследовалась полностью. В настоящее время полевые транзисторы очень широко используются, обеспечивая основной активный элемент во многих интегральных схемах.Без этих электронных компонентов технология электроники сильно отличалась бы от того, чем она является сейчас.

Заметка об изобретении и истории полевого транзистора:

На разработку полевого транзистора ушло много лет. Первые идеи концепции появились в 1928 году, но только в 1960-х годах они стали широко доступны.

Узнайте больше о Изобретение и история полевого транзистора

Полевой транзистор – основы

Концепция полевого транзистора основана на концепции, согласно которой заряд на близлежащем объекте может притягивать заряды внутри полупроводникового канала.По сути, он работает с использованием эффекта электрического поля — отсюда и название.

Полевой транзистор состоит из полупроводникового канала с электродами на обоих концах, которые называются стоком и истоком.

Управляющий электрод, называемый затвором, расположен в непосредственной близости от канала, чтобы его электрический заряд мог воздействовать на канал.

Таким образом, затвор полевого транзистора управляет потоком носителей (электронов или дырок), протекающим от истока к стоку. Он делает это, контролируя размер и форму проводящего канала.

Полупроводниковый канал, по которому протекает ток, может быть P-типа или N-типа. Это приводит к двум типам или категориям полевых транзисторов, известных как P-канальные и N-канальные полевые транзисторы.

В дополнение к этому есть еще две категории. Увеличение напряжения на затворе может либо истощить, либо увеличить количество носителей заряда, доступных в канале. В результате существуют полевые транзисторы с режимом улучшения и полевые транзисторы с режимом истощения.

Символ цепи соединительного полевого транзистора

Поскольку только электрическое поле управляет током, протекающим в канале, говорят, что устройство работает от напряжения и имеет высокое входное сопротивление, обычно много МОм.Это может быть явным преимуществом по сравнению с биполярным транзистором, который работает от тока и имеет гораздо более низкий входной импеданс.

Переходной полевой транзистор, JFET, работающий ниже насыщения

Схемы FET

Полевые транзисторы широко используются во всех формах схем, от тех, которые используются в схемах с дискретными электронными компонентами, до тех, которые используются в интегральных схемах.

Примечание по конструкции схемы полевого транзистора:

Транзисторы на полевых транзисторах можно использовать во многих типах схем, хотя три основные конфигурации: общий исток, общий сток (истоковый повторитель) и общий затвор.Сама конструкция схемы довольно проста и может быть выполнена довольно легко.

Подробнее о Схема полевого транзистора

Поскольку полевой транзистор является устройством, работающим от напряжения, а не от тока, как биполярный транзистор, это означает, что некоторые аспекты схемы сильно отличаются: в частности, схемы смещения. Однако разработка электронных схем с полевыми транзисторами относительно проста — она ​​немного отличается от схемы с использованием биполярных транзисторов.

Используя полевые транзисторы, можно спроектировать такие схемы, как усилители напряжения, буферы или повторители тока, генераторы, фильтры и многое другое, и схемы очень похожи на схемы для биполярных транзисторов и даже термоэмиссионных клапанов/вакуумных ламп. Интересно, что клапаны/трубки также являются устройствами, работающими от напряжения, и поэтому их схемы очень похожи, даже с точки зрения механизмов смещения.

Тип полевого транзистора

Существует множество способов определения различных типов доступных полевых транзисторов.Различные типы означают, что при проектировании электронной схемы можно выбрать правильный электронный компонент для схемы. Выбрав правильное устройство, можно получить наилучшие характеристики для данной схемы.

Полевые транзисторы

можно разделить на несколько категорий, но некоторые из основных типов полевых транзисторов можно охватить на древовидной диаграмме ниже.

Типы полевых транзисторов

На рынке существует множество различных типов полевых транзисторов, для которых существуют разные названия.Некоторые из основных категорий задерживаются ниже.

  • Соединение FET, JFET:   Соединение FET или JFET использует диодный переход с обратным смещением для обеспечения соединения затвора. Структура состоит из полупроводникового канала, который может быть как N-типа, так и P-типа. Затем на канал встраивается полупроводниковый диод таким образом, что напряжение на диоде влияет на канал полевого транзистора.

    Во время работы он имеет обратное смещение, и это означает, что он эффективно изолирован от канала — между ними может протекать только обратный ток диода.JFET — это самый простой тип FET, который был разработан первым. Однако он по-прежнему обеспечивает отличный сервис во многих областях электроники.


  • Полевой транзистор с изолированным затвором / МОП-транзистор на основе оксида металла:   В МОП-транзисторах используется изолированный слой между затвором и каналом. Обычно это формируется из слоя оксида полупроводника.

    Название IGFET относится к любому типу полевого транзистора с изолированным затвором.Наиболее распространенной формой IGFET является кремниевый MOSFET — полевой транзистор на основе оксида металла и кремния. Здесь затвор сделан из слоя металла, нанесенного на оксид кремния, который, в свою очередь, находится на кремниевом канале. МОП-транзисторы широко используются во многих областях электроники, особенно в интегральных схемах.

    Ключевым фактором IGFET / MOSFET является чрезвычайно высокий импеданс затвора, который эти полевые транзисторы могут обеспечить. Тем не менее, будет связанная емкость, и это уменьшит входное сопротивление при повышении частоты.


  • МОП-транзистор с двумя затворами:   Это особая форма МОП-транзистора с двумя затворами, последовательно расположенными вдоль канала. Это позволяет значительно улучшить производительность, особенно в радиочастотном диапазоне, по сравнению с устройствами с одним затвором.

    Второй затвор МОП-транзистора обеспечивает дополнительную изоляцию между входом и выходом, и в дополнение к этому его можно использовать в таких приложениях, как микширование/умножение.


  • MESFET: Металлокремниевый полевой транзистор обычно изготавливается с использованием арсенида галлия и часто называется GaAs FET. Часто полевые транзисторы GaAs используются для радиочастотных приложений, где они могут обеспечить высокий коэффициент усиления и низкий уровень шума. Одним из недостатков технологии GaAsFET является очень маленькая структура затвора, что делает ее очень чувствительной к повреждениям от статического электричества, электростатического разряда. При обращении с этими устройствами необходимо соблюдать большую осторожность.


  • HEMT / PHEMT:   Транзистор с высокой подвижностью электронов и псевдоморфный транзистор с высокой подвижностью электронов являются развитием базовой концепции FET, но разработаны для работы на очень высоких частотах. Несмотря на свою дороговизну, они позволяют достичь очень высоких частот и высокого уровня производительности.


  • FinFET:   В настоящее время технология FinFET используется в интегральных схемах, чтобы обеспечить более высокий уровень интеграции за счет уменьшения размеров элементов.Поскольку требуются более высокие уровни плотности и становится все труднее реализовать все более мелкие размеры элементов, технология FinFET используется все шире.


  • VMOS:  Стандарт VMOS для вертикального MOS. Это тип полевого транзистора, в котором используется вертикальный поток тока для улучшения характеристик переключения и переноса тока. Полевые транзисторы VMOS широко используются в силовых приложениях.

Хотя в литературе можно встретить и другие типы полевых транзисторов, часто эти типы являются торговыми наименованиями определенной технологии и являются вариантами некоторых типов полевых транзисторов, перечисленных выше.

Технические характеристики полевого транзистора

Помимо выбора определенного типа полевого транзистора для любой данной схемы, также необходимо понимать различные технические характеристики. Таким образом можно гарантировать, что полевой транзистор будет работать с требуемыми рабочими параметрами.

Технические характеристики полевого транзистора

включают в себя все, от максимально допустимых напряжений и токов до уровней емкости и крутизны. Все они играют роль в определении того, подходит ли какой-либо конкретный полевой транзистор для данной схемы или приложения.

Технология полевых транзисторов может использоваться в ряде областей, где биполярные транзисторы не подходят: каждое из этих полупроводниковых устройств имеет свои преимущества и недостатки и может быть использовано во многих схемах с большим успехом. Полевой транзистор имеет очень высокий входной импеданс и является устройством, управляемым напряжением, что позволяет использовать его во многих областях.

Другие электронные компоненты:
Резисторы конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор полевой транзистор Типы памяти Тиристор Соединители ВЧ-разъемы Клапаны/трубки Батареи Переключатели Реле
    Вернуться в меню «Компоненты».. .

Полевые транзисторы – обзор

9.1.1 Геометрическая масштабируемость

Ширина и длина полевого транзистора (FET) являются ключевыми переменными, доступными разработчику схемы для оптимизации характеристик схемы. Полностью обедненный кремний на изоляторе (FDSOI) представляет собой планировочную технологию, поэтому ширину можно непрерывно изменять, в отличие от finFET, где ширина измеряется целыми шагами (одно ребро, два ребра и т. д.). Поскольку технологии FDSOI нацелены на аналоговые и радиочастотные (РЧ) приложения, литография обычно настраивается для обеспечения непрерывного диапазона длин.Чтобы воспользоваться этой гибкостью конструкции, модель должна точно воспроизводить характеристики устройства для любой комбинации длины и ширины.

BSIM-IMG имеет обширную физику, встроенную в уравнения для эффектов масштабирования длины канала. Для чисто цифровой модели, которая должна быть точной только для вычерченных длин в диапазоне от минимальной до нескольких узлов сетки, плюс изменение процесса L , этого может оказаться достаточно. Тем не менее, промышленный разработчик моделей, который должен охватывать от минимум менее 30 нм до максимума более микрона с точностью, требуемой разработчиками аналоговых и радиочастотных устройств, почти всегда обнаружит, что модель не может быть достаточно точно подогнана для всех длин.

Компактная модель всегда должна быть компромиссом между включением всей физики и обеспечением быстрого моделирования. В конкретной конструкции устройства пропущенная или упрощенная физика может быть достаточно важной, чтобы потребовать более подробного рассмотрения. Поскольку BSIM-IMG является стандартной отраслевой моделью, поддерживаемой коалицией компактных моделей Si2 (CMC), существует механизм для предложения, разработки, тестирования и внесения изменений в модель. По этой причине большинство литейных заводов и поставщиков средств автоматизации электронного проектирования (EDA), а также многие компании, не имеющие производственных мощностей, являются членами CMC.

Вероятно, наиболее распространенной причиной несоответствия вариаций длины является печать литника. Модель регулирует длину, указанную в списке соединений, с помощью дельты L и даже обеспечивает корректировку дельты L для печати на основе геометрии устройства.

lnew = l + xl

llln = lnew-lln

lnewn = lnew-wln

lwlln-lwn = llln × wlwn

dliv = lint + ll × llln + lw × wlwn + lwl × lwlln-lwn

Leff=Lnew–2.0×dLIV

Используя эти параметры модели, можно улучшить соответствие токов и емкости длине вытягиваемой линии, особенно для самых коротких длин.

Однако это аналитические функции, которые производят плавное монотонное изменение L и W . Для формирования рисунка с номинальной длиной затвора 28 нм или меньше с использованием литографии со светом с длиной волны 193 нм [1] требуется коррекция оптической близости и использование методов повышения разрешения, таких как вспомогательные функции субразрешения [2]. Это прерывистые процессы, вызывающие немонотонные и даже прерывистые изменения дельты L в зависимости от вытянутого L , особенно для более длинных устройств, представляющих интерес для разработчиков аналоговых и маломощных радиочастотных цепей.

Разработчик модели также часто сталкивается с другими геометрическими эффектами в процессе, которые вызывают различия в поведении устройства. Часто невозможно определить точный задействованный механизм, и лучшее, что может сделать разработчик модели, — это охарактеризовать изменение как относящееся к одной из физических характеристик полевого транзистора, например, подвижности или последовательному сопротивлению.

Для вариантов печати, которые невозможно смоделировать, и для других наблюдаемых геометрических эффектов у моделиста есть два варианта.Один из них заключается в использовании параметров бинирования модели либо как модели с полным бинированием, либо как дополнительная глобальная вариация в уравнениях модели. Другой способ заключается во встраивании в карточку модели уникальных уравнений или даже справочных таблиц, которые корректируют параметры модели с учетом не моделируемых геометрических вариаций.

Механизм бинирования Модель Беркли с короткоканальным транзистором с изолированным затвором для независимых нескольких затворов (BSIM-IMG) аналогична другим моделям BSIM от Калифорнийского университета в Беркли. Каждый параметр, допускающий бинирование, рассчитывается как константа плюс три геометрических члена.

(9.1)PARAMi=PARAM+LPARAM/Leff+WPARAM/Weff+PPARAM/(Weff×Leff)

На рис. 9.1 показан пример разделения пространства L × W на шесть бинов. В каждом углу ячейки находится полевой транзистор, который измеряется и подгоняется без учета условий геометрического масштабирования. Параметры модели с возможностью бинирования из четырех моделей в четырех углах бина используются для решения уравнения. (9.1) для четырех параметров биннинга для этого бина. Структура уравнения гарантирует, что параметр бинированной модели будет иметь одно и то же значение в соседних бинах для точек вдоль границы между бинами.Например, ячейки 1 и 2 имеют одинаковое значение для каждого объединенного в ячейки параметра на L и W полевого транзистора 2, а также полевого транзистора 6 по конструкции. Небинированные параметры имеют одинаковое значение во всех бинах, поэтому бины 1 и 2 дают точно такую ​​же модель в этих точках. Изучая уравнение (9.1), читатель может видеть, что это будет верно для каждой точки на линии от полевого транзистора 2 до полевого транзистора 6.

Рисунок 9.1. Разделение пространства L W для модели с контейнером.

Одной из основных привлекательных черт моделей с ячейками является то, что модели с одной геометрией для углов ячеек можно легко подогнать.Тогда полная бинированная модель может быть построена с помощью простого алгоритма. Соответствие данным по углам бинов, как правило, достаточно хорошее. Однако, поскольку уравнение биннинга не включает никакой физики, транзисторы в точках внутри бинов могут не подходить особенно хорошо. И хотя этот метод обеспечивает непрерывность границ интервалов, он не гарантирует монотонности или физически разумных кривых по сравнению с L или W . В общем, построение хороших моделей с бинами требует применения дополнительных ограничений на значение параметров бинов в каждой из одиночных подгонок геометрии.

Разработчики моделей часто рассматривают параметры биннинга ( L PARAM и т. д.) как дополнительные глобальные параметры масштабирования. Например, если насыщение скорости не может быть адекватно подобрано с использованием масштабирования L , встроенного в модель, можно использовать параметр LVSAT, чтобы дать разработчику модели дополнительную степень свободы в модели. Это особенно полезно для W зависимости SiGe канального полевого транзистора p-типа (pFET), где ширина активной области может иметь очень сильное влияние из-за модулирующего механического напряжения.

В крайнем случае, модельер может включить расчеты в карточку модели. Это усложняет и создает риск того, что модели могут не работать одинаково в симуляторах от разных поставщиков EDA. Но это дает разработчику модели практически неограниченную свободу в выборе любого геометрического поведения устройства. Это часто необходимо для моделирования эффекта локальной компоновки, которое будет обсуждаться далее в этой главе.

От базовых концепций к новым технологиям: Valizadeh, Pouya: 9781119155492: Amazon.com: Books

В этой книге обсуждаются современные металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) и будущие тенденции транзисторных устройств.

В этой книге представлен обзор полевых транзисторов (ПТ), в котором обсуждаются основные принципы работы полевых транзисторов и исследуются последние технологические разработки в этой области. Он охватывает и связывает широкий спектр тем, связанных с физикой полупроводниковых устройств, физикой транзисторов и передовыми концепциями транзисторов.Эта книга состоит из шести глав. В главе 1 обсуждаются электронные материалы и плата. В главе 2 рассматриваются переходы, обсуждаются контакты в условиях теплового равновесия, контакты металл-полупроводник и системы металл-диэлектрик-полупроводник. Глава 3 посвящена традиционным планарным металлооксидно-полупроводниковым полевым транзисторам (MOSFET). В главе 4 описываются масштабируемые технологические вариации и новые размеры полевых МОП-транзисторов. В главе 5 анализируются полевые транзисторы с гетеропереходом (FET), а также обсуждаются проблемы и преимущества гетероэпитаксии.Наконец, в главе 6 рассматриваются полевые транзисторы на молекулярном уровне.

  • Связывает обсуждение современных транзисторных устройств с физическими процессами
  • Материал прошел проверку на курсах бакалавриата и магистратуры по проектированию компонентов интегральных схем, преподаваемых автором
  • Содержит примеры и задачи в конце главы

Полевые транзисторы, всесторонний обзор: от базовых концепций до новых технологий — это справочное пособие для студентов старших курсов, аспирантов и профессиональных инженеров, которым требуется понимание физики работы современных полевых транзисторов.

Пуя Вализаде — доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Конкордия в Квебеке, Канада. Он получил B.S. и М.С. степени с отличием Тегеранского университета и доктор философии. степень Мичиганского университета (Анн-Арбор) в области электротехники в 1997, 1999 и 2005 годах соответственно. За последнее десятилетие д-р Вализаде читал многочисленные разделы пяти различных курсов, охватывающих такие темы, как технология полупроводниковых процессов, полупроводниковые материалы и их свойства, усовершенствованные твердотельные устройства, конструкция транзисторов для современной КМОП-технологии и быстродействующие транзисторы.

Высокопроизводительные органические полевые транзисторы с электролитическим управлением и покрытием для работы в водной среде

Электрические характеристики в водной среде

Как упоминалось ранее, два растворимых OSC (, а именно как показано на рис. 1а), были выбраны для смешивания с полистиролом в соотношении 4:1 в хлорбензоле (см. Методы). Мы выбрали эти два OSC, потому что они уже показали отличные характеристики в «стандартных» органических полевых транзисторах 28,29 .Кроме того, 2,3,4,5,6-пентафтортиофенол (PFBT) использовался в качестве модификатора электродов на электродах исток/сток (S/D) для улучшения электрических характеристик благодаря более точной настройке инжекции заряда и морфологическая однородность покрытия активного материала 30 . Наше обоснование состоит в систематическом сравнении этих двух типов смесей, а именно TIPS-пентацен и диФ-ТЕС-АДТ с полистиролом, вместе с электродами S/D с покрытием PFBT или без него. Для ясности мы обозначаем эти 4 типа устройств в тексте статьи следующим образом: (i) TIPS:PS/PFBT, (ii) TIPS:PS, (iii) diF:PS/PFBT, (iv) diF:PS.Эти смеси были дополнительно обработаны с помощью BAMS. Этот метод покрытия стержней заключается в заливке раствора смеси OSC между нагретой подложкой и гладким цилиндрическим стержнем, расположенным на контролируемом расстоянии, образуя замкнутый мениск (рис. 1а). После этого стержень перемещается по всей длине интересующей подложки, мгновенно образуя кристаллическую однородную тонкую пленку благодаря быстрому испарению растворителя 24,25 . Во-первых, мы систематически проверяли размер домена каждой тонкой пленки с помощью поляризованного оптического микроскопа (см.С1). Кристаллы полупроводниковой тонкой пленки не проявляют никакой зависимости от направления сдвига стержня из-за высокой скорости осаждения (, т.е. 1 см с -1 ) 25 . Размер кристаллов имеет четкую зависимость от обработки поверхности электродов S/D. В результате домены TIPS:PS/PFBT и diF:PS/PFBT имеют размер до 30 × 30  мкм 2 ; тогда как в устройствах без функционализации электрода PFBT домены имеют почти вдвое больший размер (~60 × 60 мкм 2 ), хотя пленки немного менее однородны с кристаллитами менее правильной формы, особенно в случае TIPS (см.С1). Это может быть связано с более высокой степенью зародышеобразования, присутствующей с более взаимодействующими электродами PFBT-Au 30 . Чтобы получить информацию о кристалличности пленок, была охарактеризована порошковая рентгеновская дифракция (см. рис. S2). В устройствах TIPS:PS/PFBT и diF:PS/PFBT наблюдались четкие наборы дифракционных пиков, свидетельствующие об их высокой степени кристалличности. Используя атомно-силовую микроскопию (АСМ), мы смогли изучить морфологию покрытия с точки зрения толщины и среднеквадратичной шероховатости ( σ среднеквадратичное значение ).Все пленки имеют толщину не более 30 нм (см. рис. S3), и на них не влияет присутствие двух основных материалов, а именно термического SiO x и поликристаллического Au (см. ). Как упоминалось ранее, повышенная однородность и кристалличность тонкой полупроводниковой пленки являются двумя желательными характеристиками для работоспособности полевых транзисторов EGOFET, и наши покрытия удовлетворяют этим основным требованиям.

Рисунок 1

( a ) Типичный эскиз установки BAMS и архитектуры EGOFET вместе с химическими структурами TIPS-пентацена, diF-TES-ADT и PS. I-V передаточные характеристики ( b ) TIPS:PS/PFBT, ( c ) TIPS:PS, ( d ) diF:PS/PFBT и ( e ) diF:PS. Электрические характеристики регистрировали в режиме насыщения ( В ДС  = −0,4 В).

Переходя от морфологических к электрическим характеристикам, мы протестировали эти тонкие пленки в конфигурации EGOFET, архитектура которой состоит из использования верхнего электрода, а именно Pt-провода, погруженного в раствор электролита, и двух нижних контактов Au S/D (рис. .1а). Устройства были электрически охарактеризованы в двух типах сред: (i) вода MilliQ и (ii) водный раствор NaCl 1M. Первое позволило нам проверить полевой режим работы, тогда как второе позволяет оценить их эффективное использование в реальных водных образцах, ионная сила которых более сложна, чем у воды MilliQ. Как и ожидалось, переход I-V (рис. 1b–e) и выходные характеристики (рис. S5) демонстрируют поведение p-типа этих четырех типов устройств, охватывающее напряжения затвора 300  мВ ( i.е. состояние ВЫКЛ) до −500  мВ (, т. е. состояние ВКЛ). В воде MilliQ передаточные характеристики обоих OSC IV не показывают гистерезиса, и они имеют отличные возможности усиления (а именно, оба имеют I ON / I OFF centered 4 , как показано в таблице 1), а также подпороговый наклон, близкий к теоретическому порогу, то есть 60  мВ/декада (таблица 1) 31 .

Таблица 1 Полевой эффект Mobility ( μ ), пороговое напряжение ( V Th ), соотношение вкл / выкл ( I на / I Off ), и подпороговый размах ( SS ) наших полевых транзисторов извлекаются в режиме насыщения.

При испытании устройств в 1М растворе NaCl электрических сбоев не наблюдалось. Насколько нам известно, полевой транзистор EGOFET впервые демонстрирует такой уровень надежности. Другим заметным эффектом является отрицательный сдвиг напряжения включения ( В ON ) в 1М растворе NaCl, который дает меньший ток исток-сток ( I DS ) при фиксированном затворе. напряжение источника ( В ГС ).Хотя действительная причина этого отрицательного сдвига выходит за рамки данной работы, известно, что резкое увеличение ионной силы по своей сути вызывает так называемое «ионное экранирование», которое уже наблюдалось в других электронных устройствах, работающих в водной среде. СМИ 31,32 .

Согласно классической модели, примененной к органическим полевым транзисторам, для расчета полевой подвижности приборов использовалось следующее уравнение, выполняемое в режиме насыщения:

где мк — подвижность носителей заряда, Вт — это канал ширина, л — длина канала, V

0 Th

1 пороговое напряжение V GS GS Gate-Source напряжение и C DL емкость электрика двойной слой.

Чтобы вычислить μ , нам нужно сначала охарактеризовать C dl , поэтому мы провели два общепринятых теста: (i) спектроскопия электрохимического импеданса (EIS) 33 и (ii) смещение текущее измерение (DCM). В этих экспериментах используется одна и та же архитектура устройства, и единственная разница заключается в коротком замыкании электродов S/D. Первое измерение состоит из применения различных заданных потенциалов, сканирующих от 10 6 Гц до 10 0 Гц, тогда как последнее основано на применении той же треугольной В GS рампы (используемой для IV характеристики передачи) при разных скоростях сканирования ( против ).EIS способна предоставлять данные в зависимости от приложенного напряжения и частоты затвор-исток (см. рис. S6a–d). C dl -V GS построены графики с фиксированной частотой, равной 10 Гц (рис. 2a,b), как это уже использовалось в аналогичных исследованиях 33,34 Для сравнения, те же самые эксперименты были проведены с голым золотом без какой-либо тонкой пленки, и не наблюдалась зависимость C dl по отношению к V GS , демонстрирующая, как накопление/истощение перенос носителей заряда в смешанную тонкую пленку отвечает за емкостную модуляцию (рис.2а,б и рис. S6e,f). Таким образом, мы использовали C DL значение 5,3 мкФ / см 2 (6.1 мкФ / см 2 ) для DIF: PS и 2,9 мкФ / см 2 (3,3 мкФ / см 2 ) для TIPS:PS в воде MilliQ (и в NaCl 1M) для расчета подвижности в результате полевого эффекта (рис. S7). С другой стороны, в качестве перекрестной проверки DCM использовали для подтверждения C dl , извлеченного из EIS. Эксперименты с DCM позволили нам контролировать пиковый ток ( i p ), вызванный накоплением/отводом носителей заряда в тонкой пленке OSC (см.С8). i p vs. v графики позволяют извлечь C dl (рис. 2в,г) 35 . Результаты, представленные в таблице S1, демонстрируют хорошую согласованность этих двух методов.

Рисунок 2

C DL DL V GS GS Сюжеты для ( A ) Советы: PS / PFBT и ( B ) DIF: PS / PFBT. Черная пунктирная линия (незакрашенные квадраты) соответствует воде MilliQ, а красная пунктирная линия (незакрашенные кружки) соответствует NaCl 1M относительно чистого Au.Сплошные линии (закрашенные символы) — соответствующие устройства с покрытием. Пиковые значения тока ( i p ) в зависимости от частоты сканирования ( v ) показаны для ( c ) устройств TIPS:PS/PFBT и ( d ) diF:PS/PFBT. Черная линия и пустые квадраты соответствуют линейной подгонке в воде MilliQ; красные линии и пустые кружки линейно подходят для NaCl 1M.

С целью получения дополнительной информации о роли PS в электрических характеристиках были изготовлены другие 4 устройства без PS для перекрестной проверки, а именно TIPS/PFBT, TIPS, diF/PFBT и diF.В таблице 1 приведены основные характеристики устройства для всех подготовленных EGOFET. Показанные здесь данные включают средние значения вместе со стандартными отклонениями, извлеченными для 10 устройств каждого типа. Понятно, что наличие как PS, так и PFBT имеет основополагающее значение для достижения наилучших характеристик. Что касается подвижности, устройства TIPS:PS/PFBT достигают μ , равного 0,12( ± 0,01) см 2 В −1 с −1 , а diF:PS/PFBT μ равно 0,18(±0,018(±0,01) см ) см 2 В -1 с -1 в воде MilliQ.Подвижность устройства падает на 45–60%, если электроды S/D не были модифицированы с помощью PFBT. Кроме того, когда в активном материале отсутствует полистирол, подвижность резко снижается до одного или двух порядков, что проясняет основную роль, которую играет полимер (см. рис. S9). Как сообщалось ранее, добавление полистирола способствует кристаллизации органических полупроводников, вызванной вертикальной фазовой сегрегацией двух материалов (, т.е. , OSC и полистирол), что приводит к образованию более крупных кристаллических доменов 21,25 .Фактически, покрытия без PS и PFBT имеют меньшие и менее выраженные кристаллы соответственно (см. рис. S10). Синергетическая комбинация PFBT и PS позволяет нам получать полупроводниковые тонкие пленки, обладающие расширенной морфологической однородностью наряду с кристалличностью в большом диапазоне (см. Рис. S1). По всем этим причинам мы можем с уверенностью сказать, что лучшими конфигурациями EGOFET являются так называемые TIPS:PS/PFBT и diF:PS/PFBT. Поэтому наши исследования в дальнейшем проводились только на этих двух типах устройств.

Потенциометрическая чувствительность и скорость переключения

Такие обнадеживающие результаты побудили нас углубить наши знания об этих устройствах по таким показателям качества, как потенциометрическая чувствительность 14,36 и динамический отклик после переходного сигнала (а именно ΔV GS ) применяется 14 . Эта информация играет ключевую роль в разработке новых (био)преобразователей, предназначенных для отслеживания некоторых биологических событий, и/или может дать точное описание того, что эти устройства могут отслеживать в фиксированный период времени.Поскольку вода MilliQ представляет собой наш эталон для оценки работы с полевым эффектом, мы проверили полевые транзисторы TIPS:PS/PFBT и diF:PS/PFBT EGOFET с помощью различных импульсов затвор-исток (, а именно ΔV GS ) в диапазоне от 50 мВ до 100 мкВ в виде амплитуд напряжения (рис. 3а,б). Первые оказались более чувствительными, достигая чувствительности до 100 мкВ, в то время как вторые были способны обнаруживать ΔV GS , равные 500 мкВ. В обоих случаях отношение сигнал/шум было равно 50.Увеличение ионной силы, а именно переход от воды MilliQ к NaCl 1M, не повлияло на потенциометрическую чувствительность, хотя наблюдалось худшее отношение сигнал/шум, вероятно, из-за сдвига V ON , как упоминалось ранее ( см. рис. S11a,b). Для исследования скорости переключения ( τ ) применялся импульс напряжения от 0 В до −500 мВ и наоборот (рис. 3в,г). Ток сток-исток ( I DS ) контролировался как функция времени (а именно, график I-t ) на протяжении всего экспериментального испытания.Два изменения потенциала дают флуктуации тока, которые экспоненциально подобраны (, т.е. ) для количественной оценки эффективной скорости отклика. Значения τ перечислены в таблице 2. Они показывают небольшую асимметрию между включением ( τ на ) и выключением ( τ на выключение ), как уже опубликовано для других ЭГОФЭЦ 1 . Важно подчеркнуть, что наши устройства по крайней мере на один порядок быстрее, чем ранее сообщавшиеся EGOFET, в которых τ было равно 4.6 мс и 50 мс на основе напыленной пленки пентацена и монокристалла рубрена соответственно 1,14 . Все приведенные здесь значения τ меньше 1 мс, что подтверждает тот факт, что электрохимического легирования не происходит и что устройства могут работать на частотах выше 1 кГц 17 . Увеличение ионной силы вызывает дополнительное ускорение включения, которое отодвигает значения τ даже за пределы нашей инструментальной регистрации I DS ( i.е. <250  мкс), как показано на рис. S11c,d. Это указывает на то, что эти системы в основном определяются емкостью пленок TIPS:PS/PFBT и diF:PS/PFBT вместе с сопротивлением электролита 37 , следовательно, увеличение ионной силы снижает сопротивление электролита и, следовательно, τ .

Таблица 2 Значения скорости включения ( τ на ) и выключения ( τ выключения ) в MilliQ H 2 9 9 Рисунок 3

Различные IT Участки записаны соответствующие разным шагам потенциалы ( ΔV GS GS ) с амплитудами, равными 50 мВ, 10 мВ, 1 мВ и 100 мкВ для ( a ) :PS/PFBT и ( b ) устройства diF:PS/PFBT. График I-t для ступенчатого потенциала с амплитудой, равной 0,5 В, для ( c ) TIPS:PS/PFBT и ( d ) diF:PS/PFBT. Все измерения записаны в воде MilliQ при В DS  = −0.4  В. Красные и синие линии обозначают экспоненциальную подгонку, связанную с включением и выключением устройства.

Измерения стабильности

Как указано во введении, электрическая стабильность является открытым вопросом в области органической электроники, работающей в водной среде 15,16 . Большинство устройств EGOFET предоставляют надежные данные для стандартных экспериментов, требующих только одноточечных измерений в течение нескольких часов. Эта ограниченная устойчивость к воде ограничивает количество органических полупроводников, которые можно использовать в полевых транзисторах EGOFET, и, безусловно, является основным узким местом, мешающим реальному применению этих устройств.Согласно нашей электрической характеристике признаков электрохимического легирования не наблюдалось 17 . По всем этим причинам мы предприняли комплексный подход, чтобы глубоко исследовать стабильность изготовленных полевых транзисторов EGOFET. Мониторинг на месте в режиме реального времени, напряжение смещения и стабильность при хранении — это три разных способа тестирования. Первый состоит из непрерывных измерений прибора в режиме насыщения ( т.е. V GS  = −0.4 В и В ДС  = −0,4 В). В воде MilliQ (рис. 4а) TIPS:PS/PFBT и diF:PS/PFBT демонстрируют сходное поведение, где I DS претерпевает первый кратковременный рост (а именно, в течение 30 мин) и последующее медленное снижаться. Общая потеря I DS составляет около 35 ÷ 40% в течение 11 часов. В NaCl 1M (рис. 4b) два активных материала различаются по снижению I DS , что составляет 31%/час и 25%/час для TIPS:PS/PFBT и diF:PS/PFBT. , соответственно (см. Таблицу S2).Это ясно показывает, что diF-TES-ADT более стабилен, чем TIPS-пентацен, хотя оба EGOFET по-прежнему эффективно работают с более слабыми характеристиками. Эта разница в стабильности между обоими материалами может быть связана с более благоприятным интерфейсом OSC/электролит в устройствах на основе диФ, вероятно, из-за более крупных кристаллитов, присутствующих в этих тонких пленках. Кроме того, повышенная ионная сила водной среды не позволяет наблюдать переходный рост, который присутствует при использовании воды MilliQ.Вероятно, это связано с более медленным процессом поляризации в воде MilliQ по сравнению с солевыми растворами. Следует подчеркнуть, что несмотря на то, что устройства значительно снижают свои характеристики при длительной работе, насколько нам известно, нет прецедентов столь долгой работы ЭПТ в этих условиях 15 . Также были проведены измерения напряжения смещения, как показано на рис. 4c, d и рис. S12a, b. Эти измерения состоят из автоматической записи переноса I-V через 1 минуту непрерывного напряжения (см. Методы) 38 .Это обычная проверка характеристик устройства в стандартных устройствах OFET, но она ранее не проводилась для транзисторов с водяным затвором. Результаты полностью совпадают с предыдущими. Наблюдалась не только электрическая поляризация, возникающая в начале эксперимента, но и более высокая стабильность diF:PS/PFBT по сравнению с TIPS:PS/PFBT. В результате первый показывает небольшое смещение V ON в течение 2 часов стресса, тогда как второй подвергается ухудшению подвижности после 30 минут стресса смещения.Помимо мониторинга в режиме реального времени и стресс-тестов смещения, другому типу электронного приложения может потребоваться несколько одноточечных измерений в течение длительного периода времени. Для этого конкретного использования была разработана так называемая стабильность при хранении (рис. 4e,f), при которой характеристики переноса I-V регистрировались один раз в день в течение одной недели. Эти эксперименты состоят из измерения, сушки и хранения устройства каждый день. Опять же, на EGOFET на основе diF:PS/PFBT в основном влияет отрицательный сдвиг V ON , тогда как на устройство TIPS:PS/PFBT дополнительно влияет ухудшение подвижности.Однако оба устройства все еще работают в течение этого периода, даже в более жесткой водной среде (см. рис. S12c, d). Все эти тесты не только подтверждают хорошие электрические характеристики устройств, но и указывают на их потенциальную применимость в солевых водных средах. Превосходная операционная стабильность EGOFET в водных растворах даже при высокой ионной силе представляет собой крупный прорыв в потенциальных применениях для долгосрочного мониторинга. Эти особенности объясняются высокой степенью кристалличности этих пленок.Это достигается благодаря сочетанию технологии BAMS со смешением органических полупроводников с полистиролом, что способствует технологичности и усиленной кристаллизации полупроводника. Фактически, отсутствие отверстий и/или неоднородностей в пленках обеспечивает превосходные характеристики для реализации надежных полевых транзисторов EGOFET.

Рисунок 4

График It устройств на основе TIPS:PS/PFBT (красные кривые) и diF:PS/PFBT (черные кривые), работающих в ( a ) воде MilliQ и ( b ) NaCl 1М.Оба измерения проводились в режиме насыщения ( В ДС  = −0,4 В, В GS  = −0,4 В). Наложение передаточных характеристик I-V для эксперимента напряжения смещения для ( c ) TIPS:PS/PFBT и ( d ) устройств на основе diF:PS/PFBT до двух часов. Для ясности показаны только некоторые измерения. Все передаточные характеристики I-V были автоматически записаны после 1 минуты электрического напряжения ( В GS  = −0.4 В, В ДС  = −0,4 В). Все эксперименты проводились на воде MilliQ. Наложение характеристик передачи I-V в начале (черная линия) и через одну неделю (красная линия) для ( e ) TIPS:PS/PFBT и ( f ) устройств на базе diF:PS/PFBT.

Технология Purdue для уменьшения масштаба транзисторов может улучшить дизайн полупроводников

WEST LAFAYETTE, Ind. — Инновация исследователей из Университета Пердью может помочь полупроводниковой промышленности разработать транзисторы меньшего размера, потребляющие меньше энергии и переключающиеся из состояния «включено» в положение «выключено» при меньшем приложенном напряжении.В результате инновация может привести к созданию более качественных и мощных поколений центральных процессоров, которые могут выполнять больше операций с меньшими затратами энергии.

Тиллманн Кубис — научный сотрудник Кэтрин Нгай Песич и Сильвако, ассистент профессора электротехники и вычислительной техники в Семейной школе электротехники и вычислительной техники Элмор в Пердью. Он сказал, что стало труднее соответствовать требованиям к производительности нанотранзисторов.

«Им нужен достаточно высокий ток включения и достаточно низкий ток отключения, с достаточно небольшой разницей, чтобы переключаться между ними», — сказал Кубиш.«Эти проблемы значительно замедлили масштабирование транзисторов за последние восемь лет, что еще более затрудняет внедрение более мощных поколений процессоров».

Кубис и Джеймс Чарльз, старший научный сотрудник Семейной школы электротехники и вычислительной техники Элморов, создали технологию CasFET, или каскадный полевой транзистор. Он представляет новый метод переключения транзисторов, похожий на эффекты, наблюдаемые в квантово-каскадных лазерах.

«CasFET — это более общий подход, чем транзисторная технология, которую мы разработали несколько лет назад. Она обеспечивает большую гибкость в выборе материалов и настроек напряжения», — сказал Кубис. «С технической точки зрения, CasFET не требует междиапазонного туннелирования. Благодаря этому разработчики полупроводников могут разрабатывать транзисторы с более быстрым переключением и более энергоэффективными».

Кубис и Чарльз продолжают разработку первого прототипа CasFET.

«После того, как будут показаны цели производительности, мы продолжим определение конкретной конструкции прототипа CasFET», — сказал Кубиш.

Kubis сообщил об инновациях CasFET в Отдел коммерциализации технологий Purdue Research Foundation, который подал заявку на патентную защиту в Бюро по патентам и товарным знакам США. Он доступен для дальнейшей коммерциализации, связавшись с Дипаком Нарулой, помощником директора по развитию бизнеса.

О исследовательском фонде Purdue Отдел коммерциализации технологий

Отдел коммерциализации технологий Purdue Research Foundation реализует одну из наиболее комплексных программ передачи технологий среди ведущих исследовательских университетов США.S. Услуги, предоставляемые этим офисом, поддерживают инициативы экономического развития Университета Пердью и приносят пользу академической деятельности университета за счет коммерциализации, лицензирования и защиты интеллектуальной собственности Пердью. Офис недавно переехал в Центр конвергенции инноваций и сотрудничества в районе Дискавери-Парк, рядом с кампусом Пердью. В 2020 финансовом году офис сообщил о заключении 148 сделок, подписании 225 технологий, получении 408 раскрытий и 180 выпущенных U.С. патенты. Офис находится в ведении Исследовательского фонда Purdue, получившего в 2019 году Премию университетов за инновации и экономическое процветание за место от Ассоциации государственных и земельных университетов. В 2020 году Институт IPWatchdog поставил Purdue на третье место в стране по созданию стартапов и в топ-20 по патентам. Purdue Research Foundation — это частный некоммерческий фонд, созданный для продвижения миссии Purdue University. Свяжитесь с [email protected] для получения дополнительной информации.

Об университете Пердью

Университет Пердью — ведущее государственное исследовательское учреждение, разрабатывающее практические решения самых сложных задач современности.Каждый год из последних четырех лет Purdue входит в число 10 самых инновационных университетов США по версии US News & World Report и проводит исследования, которые меняют мир, и невероятные открытия. Стремясь к практическому и онлайн-обучению в реальном мире, Purdue предлагает преобразующее образование для всех. Стремясь обеспечить доступность и доступность, Purdue заморозила обучение и большинство сборов на уровне 2012–2013 годов, что позволило большему количеству студентов, чем когда-либо, получить высшее образование без долгов. Посмотрите, как Purdue никогда не останавливается в настойчивом стремлении к следующему гигантскому скачку на https://purdue.образование/.

Писатель: Стив Мартин, [email protected]

Источник: Тилманн Кубис, [email protected]

Графеновые полевые транзисторы для биологических и химических датчиков

Датчики GFET, в которых используется двумерный канальный материал, имеют ряд преимуществ по сравнению с объемными полупроводниковыми устройствами (включая кремний). Для большинства датчиков на полупроводниковых транзисторах локальные изменения электрического поля на поверхности канала мало влияют на глубину в канале устройства, ограничивая чувствительность срабатывания.В GFET графеновый канал имеет толщину всего в один атом, а это означает, что весь канал фактически находится на поверхности и напрямую подвергается воздействию окружающей среды. Любая молекула, прикрепленная к поверхности канала, влияет на электронный перенос по всей глубине устройства. Почти атомарно тонкий кремний или другие объемные полупроводники неэффективны, потому что при такой толщине поверхностные дефекты преобладают в характеристиках материала. Двумерные материалы, такие как графен, не имеют оборванных связей на поверхности, образующих дефекты.В результате графен обладает высокой проводимостью и чувствителен к поверхностным эффектам. Кроме того, поскольку материал не имеет оборванных связей, он устраняет неспецифическое связывание и, следовательно, ложные срабатывания, которые были проблемой для других датчиков на основе FET. При правильной функционализации GFET обеспечивают высокочувствительное, высокоселективное, прямое, безметочное обнаружение целевых аналитов с полностью электронным управлением и считыванием устройства.

Датчики FET на основе графена имеют явные преимущества при изготовлении по сравнению с устройствами, изготовленными из одномерных материалов, таких как углеродные нанотрубки (УНТ) и нанопроволоки.Как и графен, одностенные УНТ также обладают высокой проводимостью (с правильной хиральностью) и практически полностью покрывают всю поверхность. Графен можно производить в виде однородных пленок с одинаковыми характеристиками материала. В настоящее время одномерные материалы не могут быть изготовлены с такой же консистенцией. Кроме того, массивы высокопроизводительных устройств с однородным откликом не могут быть созданы с использованием случайно распределенных нанопроволок или нанотрубок, потому что количество и ориентация одномерных объектов варьируются в зависимости от распределения. Эта неравномерность положения, часто усугубляемая неравномерностью размеров между одномерными объектами, создает большой разброс характеристик отклика между устройствами.2D-материалы позволяют достичь согласованности между устройствами. Кроме того, однородные графеновые пленки в масштабе пластины могут быть сформированы путем химического осаждения из паровой фазы, и эти пленки поддаются фотолитографическим методам изготовления, разработанным для процессов изготовления интегральных схем, разработанных полупроводниковой промышленностью.

Изготовление GFET

GFET-транзисторы

изготавливаются на кремниевых пластинах, чтобы использовать преимущества устоявшихся, недорогих, высоконадежных процессов литографии, осаждения и интеграции в отрасли интегральных схем.Для этих устройств графеновые пленки формировались методом химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении. 8 Подложку для осаждения медной фольги загружали в печь и нагревали до 1000 °C в среде, восстанавливающей аргон/водород, чтобы удалить любые природные оксиды с поверхности меди. К газовому потоку добавляли небольшой поток метана. Формирование графена начинается с нескольких участков зародышеобразования, за которыми следует латеральный рост кристаллов графена с одним атомным слоем, пока домены не встречаются, полностью покрывая поверхность меди.Метан разрушается на поверхности меди, и адсорбированные атомы углерода перемещаются по поверхности, пока не встречаются с кристаллами графена и не присоединяются к ним. Непрерывный одноатомный графен (SLG) был сформирован после короткого времени роста от 5 до 30 минут, в основном в зависимости от соотношения потоков газа.

Металлические электроды были нанесены на кремниевую пластину методом термического испарения и нанесены литографически. Тонкий слой титана или хрома необходим для сцепления с поверхностью SiO 2 .Золото или палладий обеспечивают электронный контакт с графеном. Пленка графена была перенесена с подложки для осаждения меди и наложена на пластину после формирования электродов. Для осуществления переноса на графеновую поверхность медной подложки наносили поли(метилметакрилат) (ПММА, , серийные номера , 182230, 445746 и 182265). Медь отделяли от ПММА/графена механическим разделением с электролизом воды. Графеновую пленку помещали на поверхность пластины, пластину обжигали для улучшения адгезии графена к пластине и электродам, а ПММА удаляли ацетоном.Дополнительная фотолитография использовалась для формирования графена в каналы FET между электродами, а кислородная плазма была эффективна при удалении незащищенного графена. Минимизация металлических примесей в графеновых пленках имеет решающее значение для интеграции в производство ИС. Для достижения этой цели важно избегать процессов, которые вытравливают медную подложку.

Функциональность GFET

За последние несколько лет был разработан ряд хорошо контролируемых процедур химической функционализации, совместимых с GFET.Графеновые полевые транзисторы были функционализированы белками, химическими соединениями и молекулами ДНК для создания датчиков для различных приложений.

В случае функционализации белка неспецифическое связывание с белком нежелательно, поскольку оно обычно подразумевает потерю контроля над функциональной структурой белка. 9 А.Т. Группа Чарли Джонсона из Университета Пенсильвании продемонстрировала несколько химических соединений, подходящих для использования на графеновых устройствах. Они могут быть основаны на соединениях диазония, образующих ковалентную связь с поверхностью графена 10 , или на бифункциональных пиреновых соединениях, которые взаимодействуют с графеном посредством взаимодействия π–π-стэкинга. 10,11 Связывание с белком может быть осуществлено через амидную связь, разрешенную при подходящих аминогруппах на внешней стороне белка 11 , или через связь Ni-нитрилотриуксусной кислоты с гистидиновой меткой на рекомбинантном белке. 12 В каждом случае контроль параметров химии присоединения (например, концентрации, температуры, времени) позволяет проводить функционализацию при сохранении качественных свойств графенового устройства, способствующих высокой чувствительности (в частности, высокая подвижность носителей и благоприятные шумовые характеристики).

Применение в биосенсорах и химических сенсорах

Исключительные электронные и термические свойства графена

и высокое отношение поверхности к объему делают его особенно подходящим для таких приложений, как биосенсоры, датчики газа 13,14 , 15,16 и высокопроизводительные транзисторы. 17–19 Устройства на основе графена могут обеспечить быстродействующие высокочувствительные датчики для диагностики в местах оказания медицинской помощи и обнаружения химических веществ, а также потенциально могут заменить другие дорогостоящие, низкочувствительные и трудоемкие методологии.

А.Т. Группа Чарли Джонсона продемонстрировала датчик GFET для обнаружения малых молекул в концентрациях пг/мл. 14 GFET были функционализированы разработанным с помощью вычислений водорастворимым вариантом человеческого μ-опиоидного рецептора (рецептор, связанный с G-белком) с использованием тетрафторбората 4-карбоксибензолдиазония, который образовывал сайты карбоновой кислоты на графене, которые затем активировались и стабилизировались с помощью 1-этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимида гидрохлорид ( Prod.№ 03449 и Изд. № E7750)/сульфо-N-гидроксисукцинимид (EDC/sNHS). 20 Электронные измерения тока исток-сток в зависимости от напряжения обратного затвора после каждого шага процедуры функционализации показали воспроизводимые сдвиги проводимости. Сообщалось об обнаружении налтрексона (антагониста опиоидных рецепторов, , производственный номер 1453504) налтрексона, являющегося мишенью для опиоидных рецепторов, при таких низких концентрациях, как 10 пг/мл, с высокой специфичностью. Полные антитела в качестве рецепторных молекул на других углеродных полевых транзисторах показали увеличение предела обнаружения в 1000 раз. 21 scFv представляет собой сконструированный гибридный белок, содержащий вариабельные области антитела, специфичные к антигену и сохраняющие специфичность исходного антитела, несмотря на удаление константных областей, составляющих большую часть антитела. Улучшенная чувствительность датчиков FET, функционализированных scFv, может быть связана с более близкой близостью связанного биомаркера-мишени к каналу GFET, что приводит к более сильным электростатическим взаимодействиям и большему электрическому сигналу. 21

Обнаружение химических паров или «носообразное» обнаружение паров — еще одно приложение, в котором используются GFET. Для этого GFET были функционализированы одноцепочечной ДНК для обнаружения различных химических паров. Химические датчики на основе GFET продемонстрировали быстрое время отклика, быстрое восстановление исходного уровня при комнатной температуре и различение нескольких сходных паров аналитов: например, диметилметилфосфоната (DMMP, , номер продукта D169102) и пропионовой кислоты (, номер продукта). 402907). 16

Выводы и перспективы на будущее

Исключительные электронные свойства графена

по-прежнему имеют большие перспективы в сенсорных приложениях. Датчики на основе GFET для биологических и химических приложений обеспечат быстрые, чувствительные, специфические, недорогие и полностью электронные считывания. Кроме того, датчики GFET могут быть мультиплексированы, что позволяет быстро тестировать несколько целей (от десятков до тысяч) с высокой чувствительностью на одном чипе небольшого размера. Сенсорная технология GFET может разрушить рынки здравоохранения, разработки лекарств и обнаружения химических веществ.

(PDF) Надежный метод изготовления кремниевых полевых транзисторов с нанопроволокой для датчиков

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ СТАТЬЯ

Mescher et al. Надежный метод изготовления кремниевых полевых транзисторов с нанопроволокой для сенсорных приложений

4. ВЫВОДЫ

В заключение мы продемонстрировали новый метод для

нисходящего производства кремниевых нанопроводных полевых транзисторов

. Этот метод используется для получения устройств, которые

можно использовать в качестве датчиков.Один чип содержит 28 полевых транзисторов NW-

, что позволяет применять датчики отпечатков пальцев

или мультиплексировать31-32. селективность в использовании пассивирующих слоев и, таким образом, модификации и позволяет определять нанопроволоки с использованием электронно-лучевой технологии. Все используемые шаги

основаны на стандартных методах обработки КМОП,

, которые доступны в стандартных чистых помещениях.Мы продемонстрировали, что изменение электрических характеристик устройства

в пределах одного кристалла невелико, что дает возможность использовать датчики отпечатков пальцев и дифференциальные измерения.

Благодарности: Это исследование было проведено

в рамках проекта M62.3.09339 в рамках исследовательской программы

Института инноваций материалов

M2i (www.m2i.nl). Авторы благодарят

М.Малдеру и В. ван ден Эйндену за изготовление

образцов в чистой комнате MiPlaza и их помощь с

экспериментальной установкой. L. C. P. M. de Smet благодарит

Нидерландскую организацию научных исследований

за грант VENI.

Ссылки и примечания

1. Y. Li, F. Qian, J. Xiang, and C. M. Lieber, Mater. Сегодня 9, 18 (2006).

2. Г.-Ж. Чжан и Ю. Нин, Anal. Чим. Акта 749, 1 (2012).

3.Д. Нардуччи, Sci. Доп. Матер. 3, 426 (2011).

4. L. B. Luo, J. S. Jie, W. F. Zhang, Z. B. He, J. X. Wang, G. D. Yuan,

W. J. Zhang, L. C. M. Wu, and S. T. Lee, Appl. физ. лат. 94, 3

(2009).

5. X.Y. Bi, A. Agarwal, and K.L. Yang, Biosens. Биоэлектрон. 24, 3248

(2009).

6. Y.S. Yu and S.W. Hwang, J. Nanosci. нанотехнологии. 11, 10809

(2011).

7. Х. Ким, Дж.-Х. Ли, Э.Дж. Че, Дж.-В. Цой и Б.-К.О, Дж. Наноски.

Нанотехнологии. 11, 7516 (2011).

8. E. Stern, J. F. Klemic, D. A. Routenberg, P. N. Wyrembak,

D. B. Turner-Evans, A. D. Hamilton, D. A. LaVan, TM Fahmy,

и M. A. Reed, Nature 445, 519 (2007).

9. Y. Cui, Q. Wei, H. Park, and C.M. Lieber, Science 293, 1289 (2001).

10. F. Patolsky, G. Zheng, O. Hayden, M. Lakadamyali, X. Zhuang и

C.M. Lieber, P. Nat. А. Наук. 101, 14017 (2004).

11.С. М. Квон, Г. Б. Кан, Ю. Т. Ким, Ю.-Х. Ким и Б.-К. Ju,

J. Nanosci. нанотехнологии. 11, 1511 (2011).

12. S. Ingebrandt, A. Offenhäusser, Phys. Статус Solidi A 203, 3399

(2006 г.).

13. G.J. Zhang, J.H. Chua, R.E. Chee, A. Agarwal, S.M. Wong,

K.D. Buddharaju, and N. Balasubramanian, Biosens. Биоэлектрон.

23, 1701 (2008).

14. Ю. Л. Бунимович, Ю. С. Шин, В. С. Йео, М. Амори, Г. Квонг и

Дж.Р. Хит, Дж. Ам. хим. соц. 128, 16323 (2006).

15. Z. Li, Y. Chen, X. Li, T. I. Kamins, K. Nauka, and R. S. Williams,

Nano Lett. 4, 245 (2004).

16. Y. Engel, R. Elnathan, A. Pevzner, G. Davidi, E. Flaxer и

F. Patolsky, Angew. хим. Междунар. Редактировать. 49, 6830 (2010).

17. Y. Paska, T. Stelzner, S. Christiansen, and H. Haick, ACS Nano

5, 5620 (2011).

18. M.C. McAlpine, R.S. Friedman, S. Jin, K.H. Lin, W.U. Wang,

и C.М. Либер, Нано Летт. 3, 1531 (2003).

19. LCPM De Smet, D. Ullien, M. Mescher и EJR Sudholter,

Модификация органической поверхности кремниевого датчика на основе нанопроволоки 2011).

20. N.K. Rajan, D.A. Routenberg, M.A. Reed, Appl. физ. лат.

98 (2011).

21. X. P. A. Gao, G. F. Zheng, and C. M. Lieber, Nano Lett. 10, 547

(2010).

22. Ю. Хашим и О. Сидек, Дж. Наноски. нанотехнологии. 12, 7101 (2012).

23. S.Y. Chen, JG Bomer, W.G. van der Wiel, E.T. Carlen и

A. van den Berg, ACS Nano 3, 3485 (2009).

24. H.D. Tong, S. Chen, W.G. van der Wiel, E.T. Carlen, and A. van

den Berg, Nano Lett. 9, 1015 (2009).

25. E. Stern, A. Vacic, C. Li, F. N. Ishikawa, C. W. Zhou, M. A. Reed,

и T. M. Fahmy, Small 6, 232 (2010).

26.Р. Эльнатан, М. Квиат, А. Певзнер, Ю. Энгель, Л. Бурштейн,

А. Хачтуринц, А. Лихтенштейн, Р. Кантаев и Ф. Патольский,

Nano Lett. 12, 5245 (2012).

27. E. Stern, A. Vacic, N.K. Rajan, J.M. Criscione, J. Park, B.R. Ilic,

D.J. Mooney, M.A. Reed и T.M. Fahmy, Nat. нанотехнологии.

5, 138 (2010).

28. TSY Moh, G. Pandraud, DSLCPM, CJM van Rijn,

EJR Sudhölter, and PM Sarro, Nanodevices and Nanofab-

rication Selected Publications from Symposium of Nanodevices

and Nanofabrication Чжан и

В.И. Милн, Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., Сингапур (2012 г.).

29. S. Chen, J. G. Bomer, E. T. Carlen, and A. van den Berg, Nano Lett.

11, 2334 (2011).

30. M. Mescher, B. Marcelis, L.C.P.M. de Smet, E.J.R. Sudholter,

и J.H. Klootwijk, IEEE Trans. Электронные устройства, 58, 1886 (2011).

0 comments on “Мощные полевые транзисторы: МОЩНЫЕ ИМПОРТНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *