KONU 5. ALAN TRANSİSTÖRLERİ

Alan etkili transistör, bir kanaldan akan akımın, kapı ve kaynak arasına bir voltaj uygulandığında meydana gelen ve elektromanyetik salınımların gücünü yükseltmek için tasarlanmış bir elektrik alanı tarafından kontrol edildiği elektriksel olarak dönüştürücü bir cihazdır.

Alan etkili transistörlerin sınıfı, çalışma prensibi yalnızca bir işaretin (elektronlar veya delikler) yük taşıyıcılarının kullanımına dayanan transistörleri içerir. Alan etkili transistörlerde akım kontrolü, bir elektrik alanının etkisi altında transistör akımının aktığı kanalın iletkenliği değiştirilerek gerçekleştirilir. Sonuç olarak, transistörlere alan etkili transistörler denir.

Bir kanal oluşturma yöntemine göre, kontrol p-n-bağlantısı şeklinde bir kapıya ve yalıtılmış bir kapıya (MIS veya MOS transistörleri) sahip alan etkili transistörler ayırt edilir: yerleşik bir kanal ve indüklenmiş bir kanal.

Kanalın iletkenliğine bağlı olarak, alan etkili transistörler ikiye ayrılır: p-tipi ve n-tipi kanallı alan etkili transistörler. P tipi kanal delik iletkenliğine, n tipi kanal ise elektronik iletkenliğe sahiptir.

5.1 p kontrollü alan etkili transistörlern-kavşak

5.1.1 Tasarım ve çalışma prensibi

Kontrollü alan etkili transistör p-n-geçişi- bu, kapısı kanaldan ters yönlü bir p-n bağlantısı ile elektriksel olarak ayrılan alan etkili bir transistördür.

Şekil 5.1 - Kontrol p-n-bağlantılı (n-tipi kanal) alan etkili bir transistör cihazı

Şekil 5.2 - p-n-bağlantılı ve n-tipi kanallı (a), p-tipli kanallı (b) alan etkili transistörün sembolü

Bir alan etkili transistör kanalı, bir yarı iletkende, ana yük taşıyıcılarının akımının, kesiti değiştirilerek kontrol edildiği bir bölgedir.

Ana yük taşıyıcılarının kanala girdiği elektrot (çıkış) kaynak olarak adlandırılır. Ana yük taşıyıcıların kanalı terk ettiği elektrota drenaj denir. Kontrol voltajı nedeniyle kanalın kesitini düzenlemek için kullanılan elektrota kapı denir.

Kural olarak, silikon alan etkili transistörler üretilir. Kapı akımı olduğu için silikon kullanılır, yani. p-n-bağlantısının ters akımı, germanyumdan birçok kez daha az olduğu ortaya çıkıyor.

n- ve p-tipi kanala sahip alan etkili transistörler için semboller, Şek. 5.2.

Transistöre uygulanan harici voltajların polaritesi, Şek. 5.1. Kapı ile kaynak arasına kontrol (giriş) gerilimi uygulanır. Her iki pn bağlantısı için Uzi voltajı ters çevrilir. P-n bağlantılarının genişliği ve buna bağlı olarak kanalın etkin kesit alanı, direnci ve kanaldaki akımı bu gerilime bağlıdır. Büyümesi ile p-n-eklemleri genişler, iletken kanalın kesit alanı azalır, direnci artar ve sonuç olarak kanaldaki akım azalır. Bu nedenle, kaynak ile drenaj arasına bir gerilim kaynağı Usi bağlanırsa, kanaldan akan drenaj akımı Ic, kapıya uygulanan voltaj kullanılarak kanalın direncini (kesitini) değiştirerek kontrol edilebilir. Kontrol pn bağlantılı bir alan etkili transistörün çalışması bu prensibe dayanmaktadır.

Uzi = 0 geriliminde, kanal bölümü en büyüktür, direnci en küçüktür ve akım Ic en büyüktür.

Uzi = 0'da başlayan boşaltma akımı Ic, ilk boşaltma akımı olarak adlandırılır.

Kanalın tamamen bloke olduğu Uzi voltajı ve Ic boşaltma akımı çok küçük olur (mikroamperin onda biri), kesme voltajı Uziots olarak adlandırılır.

5.1.2 Kontrol p-'li bir alan etkili transistörün statik özelliklerin-kavşak

Bir p-n-bağlantılı alan etkili transistörlerin volt - amper özelliklerini düşünün. Bu transistörler için iki tip volt - amper karakteristiği ilgi çekicidir: tahliye ve tahliye kapısı.

Bir p-n-bağlantılı ve bir n-tipi kanallı bir alan etkili transistörün stok (çıkış) özellikleri, Şek. 5.3, bir. Drenaj akımının Usi voltajına olan bağımlılığını sabit bir Usi voltajında ​​yansıtırlar: Ic \u003d f (Usi) ile Usi \u003d const.

a) b)

Şekil 5.3 - Alan etkili transistörün volt-amper özellikleri p-p-geçişi ve bir n-tipi kanal: a - hisse senedi (hafta sonu); b - tahliye - deklanşör

Alan etkili transistörün bir özelliği, kanal iletkenliğinin hem Uzi kontrol voltajından hem de Usi voltajından etkilenmesidir. Usi = 0 olduğunda, çıkış akımı Ic = 0. Usi > 0 (Ui = 0) olduğunda, akım Ic kanaldan akar ve bu da drenaj yönünde artan bir voltaj düşüşüne neden olur. Kaynak boşaltma bölümünün toplam voltaj düşüşü Usi'dir. Usi geriliminin arttırılması, kanaldaki gerilim düşüşünün artmasına ve kesitinin azalmasına ve dolayısıyla kanalın iletkenliğinin azalmasına neden olur. Belirli bir Usi voltajında, kanal daralır, bu durumda her iki pn bağlantısının sınırları kapanır ve kanal direnci yükselir. Bu voltaj Usi, örtüşme voltajı veya doyma voltajı Usinas olarak adlandırılır. Geçide bir ters voltaj Uzi uygulandığında, kanal ek olarak daralır ve örtüşmesi Usinas voltajının daha düşük bir değerinde meydana gelir. Çalışma modunda, çıkış özelliklerinin düz (doğrusal) bölümleri kullanılır.

Alan etkili bir transistörün tahliye kapısı özelliği, mevcut Ic'nin sabit bir Usi voltajında ​​Uzi voltajına bağımlılığını gösterir: Usi \u003d const ile Ic \u003d f (Usi) (Şekil 5.3, b).

5.1.3 Temel parametreler

maksimum boşaltma akımı Iсmax (Uzi = 0'da);

maksimum tahliye kaynağı voltajı Usmax;

kesme gerilimi Uziot'ları;

dahili (çıkış) direnci ri - alternatif akım için boşaltma ve kaynak (kanal direnci) arasındaki transistörün direncidir:

Uzi'de = const;

tahliye kapağı özelliğinin dikliği:

Bizimle = const,

geçit voltajının transistörün çıkış akımı üzerindeki etkisini gösterir;

giriş empedansı

Usi'de = transistörün yapısı, ters yönde önyargılı p-n-bağlantılarının direnci ile belirlenir. Bir p-n-bağlantılı alan etkili transistörlerin giriş direnci oldukça büyüktür (birimlere ve onlarca megaohm'a ulaşır), bu da onları bipolar transistörlerden olumlu bir şekilde ayırır.

5.2 Yalıtılmış geçit alan etkili transistörler

5.2.1 Tasarım ve çalışma prensibi

Yalıtılmış kapı alan etkili transistör (MIS transistörü), kapısı kanaldan bir dielektrik katman ile elektriksel olarak ayrılan bir alan etkili transistördür.

MIS - transistörler (yapı: metal-dielektrik-yarı iletken) silikondan yapılmıştır. Dielektrik olarak silikon oksit SiO2 kullanılır. dolayısıyla bu transistörler için başka bir isim - MOS - transistörler (yapı: metal oksit-yarı iletken). Bir dielektrik varlığı, dikkate alınan transistörlerin (1012 ... 1014 Ohm) yüksek giriş direnci sağlar.

MOS transistörlerinin çalışma prensibi, bir yarı iletkenin yüzeye yakın tabakasının iletkenliğinin, enine bir elektrik alanının etkisi altında bir dielektrik ile sınırda değiştirilmesinin etkisine dayanır. Yarı iletkenin yüzey tabakası, bu transistörlerin iletken kanalıdır. MOS - transistörler iki tip gerçekleştirir - yerleşik ve indüklenmiş kanallı.

MIS - yerleşik kanallı transistörlerin özelliklerini düşünün. Böyle bir n-kanallı transistörün tasarımı, Şek. 5.4, ​​bir. Substrat olarak adlandırılan nispeten yüksek dirençli orijinal p-tipi silikon plakada, difüzyon teknolojisi kullanılarak zıt tipte elektriksel iletkenliğe sahip iki ağır katkılı bölge oluşturulur. Bu alanlara metal elektrotlar uygulanır - kaynak ve drenaj. Kaynak ve drenaj arasında n-tipi elektrik iletkenliğine sahip yüzeye yakın ince bir kanal bulunur. Kaynak ve drenaj arasındaki yarı iletken kristalin yüzeyi, ince bir dielektrik tabakası (0,1 µm mertebesinde) ile kaplanmıştır. Dielektrik katman üzerinde bir metal elektrot - bir geçit - biriktirilir. Böyle bir alan etkili transistörde bir dielektrik katmanın varlığı, kapıya her iki polaritenin bir kontrol voltajının uygulanmasını mümkün kılar.

Şekil 5.4 - MIS - yerleşik bir n-tipi kanallı transistörün tasarımı (a); stok özelliklerinin ailesi (b); tahliye-panjur özelliği (c)

Geçide pozitif bir voltaj uygulandığında, bu durumda oluşturulan elektrik alanı kanaldan alt tabakaya delikler itecek ve elektronlar alt tabakadan kanala doğru çekilecektir. Kanal, ana yük taşıyıcıları - elektronlar ile zenginleştirilmiştir, iletkenliği artar ve boşaltma akımı artar. Bu moda zenginleştirme modu denir.

Geçide kaynağa göre negatif bir voltaj uygulandığında, kanalda elektronların kanaldan alt tabakaya itildiği ve alt tabakadan kanala delikler çekildiği bir elektrik alanı oluşturulur. Kanal, çoğunluk yük taşıyıcılarından tükenir, iletkenliği azalır ve boşaltma akımı azalır. Transistörün bu moduna tükenme modu denir.

Bu tür transistörlerde, Usi = 0'da, boşaltma ve kaynak arasına bir voltaj uygulanırsa (Usi > 0), ilk akım olarak adlandırılan ve bir elektron akışı olan boşaltma akımı Isnach akar.

İndüklenmiş bir n-tipi kanala sahip MOS transistörünün tasarımı, Şek. 5.5, bir

Yarı iletken elektronikte, bipolar transistörlerle birlikte, transistörler tarafından kontrol edilir. Elektrik alanı olumlu özelliklerinden biri olan yüksek giriş empedansı(1-10 MΩ veya daha fazla). Bu tür transistörlere denir tarla(tek kutuplu).

Cihaz ve çalışma prensibi

FET'lerbir elektrik akımının yaratılmasının, aynı işaretin etkisi altında yük taşıyıcılarının hareketinden kaynaklandığı yarı iletken cihazlar olarak adlandırılır. boyuna elektrik alanı, ve çıkış akımı kontrolü dayanmaktadır direnç modülasyonu yarı iletken malzeme enine elektrik alanı.

Alan etkili transistörlerin çalışma prensibi şunlara dayanabilir:

Bir yarı iletkenin direncinin iletken bölgesinin kesitine bağımlılığı üzerine (kesit ne kadar küçükse, akım o kadar düşük; alan etkili transistörlerde uygulanır) yönetici ile r-p- geçiş);

Yarı iletken iletkenliğinin ana taşıyıcıların konsantrasyonuna bağımlılığı üzerine (alan etkili transistörlerde uygulanır). yalıtımlı kapı yapılar metal-yalıtkan-yarı iletken(MIS transistörleri)).

Alan etkili transistör yönetici ile r-p- geçiş (PTUP), bir tane olan ince bir yarı iletken gofrettir. rp-geçiş ve ile düzeltici olmayan kenar kontakları. Plaka malzemesinin elektriksel iletkenliği, P-tür veya R-tip. Örnek olarak, ana plakası bir yarı iletkenden oluşan bir transistör düşünün. n-tipi (Şekil 1.32).

Şekil 1.32 - Kontrollü alan etkili transistörün yapısı rp-geçiş

Alan etkili transistörün yapısındaki ana alanlar yönetici ile r-p- geçiş şunlardır:

Bölge kaynak- yük taşıyıcılarının hareket etmeye başladığı alan;

Bölge akış- taşıyıcıların hareket ettiği alan;

Bölge deklanşör- medya akışının kontrol edildiği alan;

Bölge kanal- taşıyıcıların hareket ettiği alan.

Transistörün ilgili alanlarından gelen çıktılar benzer adlara sahiptir: kaynak(VE), Stok(C) ve geçit(3) (Şekil 1.32).

Şekil 1.33, kontrollü alan etkili transistörlerin grafik sembollerini gösterir. r-p- geçiş: kanallı P-tip (Şekil 1.33, a) ve kanal R-tip (Şekil 1.33, b).

bir b

Şekil 1.33 - Kontrollü UGO alan etkili transistörler rp-geçiş

PTUP'un çalışma prensibini düşünün. Gerilim kaynakları, transistöre, drenaj ve kaynak elektrotları arasında bir elektrik akımı akacak şekilde bağlanır ve kapıya uygulanan voltaj, elektron deliği bağlantısını ters yönde bastırdı.

Şekil 1.34, voltaj kaynaklarını bir kanal ile PTUP çıkışlarına bağlama yöntemini göstermektedir. P-tip.

Şekil 1.34 - Gerilim kaynaklarının PTUP terminallerine bağlanması

Kaynak voltajının etkisi altında E SI elektronlar, kaynaktan drenaja hareket edecek ve harici devrede bir drenaj akımı sağlayacaktır. ben.

Kanalın ve geçidin yarı iletken malzemesindeki yük taşıyıcıların konsantrasyonları, kapı ve kaynak arasına bir ters öngerilim gerilimi uygulandığında, öyle bir şekilde seçilir. rp- geçiş, kanal alanına genişleyecektir. Bu, kanalın iletken kısmının kesit alanında bir azalmaya ve dolayısıyla drenaj akımında bir azalmaya yol açar. ben.

Genel durumda elektriksel geçişin altında bulunan bölgenin direnci, kapı voltajından. Bunun nedeni, kendisine uygulanan ters voltajdaki bir artışla geçiş boyutlarının artması ve yük taşıyıcılarının tükendiği alandaki bir artışın, kanalın elektrik direncinde bir artışa yol açmasıdır (ve buna bağlı olarak, kanalda akan akımda bir azalmaya).

Böylece, bir kontrol p-n bağlantısına sahip alan etkili bir transistörün çalışması, ana yük taşıyıcılarının tükendiği bölgenin boyutundaki bir değişiklik nedeniyle kanal direncindeki bir değişikliğe dayanır, deklanşöre uygulanan eylem altında meydana gelen ters akım.

Kapı ile kaynak arasındaki, kanalın tamamen bloke olduğu ve boşaltma akımının minimum bir değere ulaştığı voltaj ( ben» 0) denir kesme gerilimi(U ots) alan etkili transistör.

Deklanşörün sahip olduğu PTUP'tan farklı olarak elektrik kontağı kanallı, alan etkili transistörlerde yalıtımlı kapı(PTIS) kapısı, bir yarı iletkenden izole edilmiş ince bir metal filmdir. Yalıtım tipine bağlı olarak, MIS ve MOS transistörleri ayırt edilir (sırasıyla, metal - dielektrik - yarı iletken ve metal - oksit - yarı iletken, örneğin silikon dioksit SiO 2).

Başlangıç ​​durumunda, PTIZ kanalı şu şekilde olabilir: tükenmişşarj taşıyıcıları veya zenginleştirilmiş onlara. Buna bağlı olarak, yalıtımlı kapılı iki tip alan etkili transistör ayırt edilir: yerleşik kanal(Şekil 1.35, a) (kanal üretim sırasında oluşturulur) ve MIS transistörleri ile uyarılmış kanal(Şekil 1.35, b) (kanal, kontrol elektrotlarına uygulanan bir voltajın etkisi altında görünür). PTIZ'de cihazın yapıldığı kristalden ek bir çıktı vardır (Şekil 1.35). substrat.

bir b

Şekil 1.35 - Yalıtılmış kapılı alan etkili transistörlerin cihazı

PTIZ'de drenaj ve kaynak elektrotları kapının her iki tarafında bulunur ve yarı iletken kanal ile doğrudan temas halindedir.

kanal denir yerleşik orijinal ise zenginleştirilmiş yük tasıyıcıları. Bu durumda, kontrol elektrik alanı yoksullaşmaşarj taşıyıcıları tarafından kanal. Kanal orijinal ise tükenmiş taşıyıcılar elektrik ücretleri, o zaman denir uyarılmış. Bu durumda, kontrol elektrik alanı (kapı ile kaynak arasındaki) kanalı elektrik yükü taşıyıcıları ile zenginleştirecek (yani iletkenliğini artıracaktır).

kanal iletkenliği olabilir elektronik veya delikli. Kanalın elektronik iletkenliği varsa, buna denir. P-kanal. Delik iletimli kanallar denir R-kanallar. Sonuç olarak, ayırt dört tip Alan Etkili Transistörler yalıtımlı kapılı: kanallı P- herhangi biri R- türleri, her biri sahip olabilir uyarılmış veya yerleşik kanal. Alan etkili transistörlerin adlandırılmış türlerinin geleneksel grafik gösterimleri Şekil 1.36'da gösterilmektedir.

Kontrol voltajı olarak PTIZ'e gönderilebilir deklanşör arasında ve substrat, ve substrat ve geçit üzerinde bağımsız olarak. Örnek olarak, yapıları Şekil 1.35'te gösterilen alan etkili transistörlerde akım kontrolü ilkesini düşünün.

Şekil 1.36 - Yalıtılmış kapılı UGO alan etkili transistörler

Kapıya pozitif bir voltaj uygulanırsa, o zaman yarı iletkenin yüzeyine yakın ortaya çıkan elektrik alanının etkisi altında (Şekil 1.35, b) kanal görünür P -Yüzeyden deliklerin yarı iletkenin derinliğine itilmesi nedeniyle tip. bir transistörde yerleşik kanal (Şekil 1.35, a) pozitif voltaj uygulandığında mevcut kanalın genişlemesi veya negatif voltaj uygulandığında daralma olur. Kontrol voltajının değiştirilmesi kanal genişliğini değiştirir ve buna göre, rezistans ve transistör akımı.

Gerekli avantaj PTUP öncesi PTIZ , 10 10 - 10 14 Ohm değerlerine ulaşan (kontrollü transistörler için rp-geçiş - 10 7 - 10 9 Ohm).

Alan etkili transistörlerin bipolar olanlara göre önemli bir avantajı, zayıf sinyalleri değiştirirken üzerlerinde düşük voltaj düşüşü.

Ek olarak, aşağıdaki gibi avantajları vurgulamalıdır:

- yüksek giriş empedansı;

- küçük sesler;

- üretim kolaylığı;

- açık bir transistörün kaynağı ve tahliyesi arasında açık durumda artık voltajın olmaması.

Volt-amper karakteristikleri ve alan etkili transistörlerin temel parametreleri

Önceki tartışmadan, toplamda altı tür alan etkili transistör olduğu sonucu çıkar. Tipik transfer özellikleri Şekil 1.37'de gösterilmiştir. Bu özellikleri kullanarak kontrol voltajının polaritesini, kanaldaki akımın yönünü ve kontrol voltajı aralığını ayarlayabilirsiniz. Yukarıdaki tüm transistör türlerinden yalnızca entegre kanallı PTIZ üretilmemektedir. R-tip.

Şekil 1.37 - Transfer özellikleri Alan Etkili Transistörler

Bu özelliklerden bazılarına bir göz atalım. Kanallı alan etkili transistörlerin tüm özellikleri P-tipler grafiğin üst yarısında bulunur ve bu nedenle pozitif bir drenaj voltajına karşılık gelen pozitif bir akıma sahiptir. Aksine, kanallı cihazların tüm özellikleri R-tipler grafiğin alt yarısında bulunur ve bu nedenle negatif akım değerine ve negatif tahliye voltajına sahiptir. PTUP'nin sıfır geçit voltajındaki özellikleri, başlangıç ​​olarak adlandırılan bir maksimum akım değerine sahiptir. ben en başından. Engelleme voltajındaki bir artışla, boşaltma akımı da bir kesme voltajıyla azalır U ots sıfıra yakın olur.

PTIZ'in Özellikleri indüklenmiş sıfır kapı voltajındaki kanal sıfır akıma sahiptir. Bu tür transistörlerde bir boşaltma akımının görünümü, kapıdaki voltaj eşik değerinden daha büyük olduğunda meydana gelir. beri. Kapı voltajının arttırılması, drenaj akımını arttırır.

PTIZ'in Özellikleri entegre ile sıfır geçit voltajındaki kanal, akımın başlangıç ​​değerine sahiptir I C. başlangıç. Bu tür transistörler hem zenginleştirme modunda hem de tükenme modunda çalışabilir. Kapı voltajı arttıkça kanal zenginleşir ve drenaj akımı artar ve kapı voltajı azaldıkça kanal tükenir ve drenaj akımı azalır.

Şekil 1.38, kanallı bir PTUP'un çıkış akımı-voltaj özelliklerini gösterir. n-tip. Diğer transistör türlerinin özellikleri benzer bir forma sahiptir, ancak uygulanan voltajların geçit voltajı ve polaritesi bakımından farklılık gösterir.

Şekil 1.38 - PTUP'un Çıkış VAC'si

Alan etkili bir transistörün CVC'sinde iki bölge ayırt edilebilir: doğrusal ve doyma.

Doğrusal bölgede, bükülme noktasına kadar olan I–V karakteristikleri, eğimi kapı voltajına bağlı olan düz çizgilerdir. Doyma bölgesinde, akım-voltaj özellikleri neredeyse yataydır, bu da drenaj akımının drenaj voltajından bağımsızlığı hakkında konuşmamızı sağlar. Bu bölgede, her türden alan etkili transistörlerin çıkış özellikleri, vakumlu pentotlarınkilere benzer. Bu özelliklerin özellikleri, alan etkili transistörlerin kullanımını belirler. Doğrusal bölgede, FET şu şekilde kullanılır: rezistans, kapı voltajı kontrollü ve doygunluk bölgesinde - olarak takviye elemanı.

Bir FET'in tahliyesi ve kaynağı arasında uygulanan maksimum voltaj, her transistör tipi için farklıdır. Ancak genel durumda, Şekil 1.39'da gösterildiği gibi, belirli bir değer aşıldığında ABD SI örnekleri boşaltma akımı keskin bir şekilde artar, bu da arıza sonucunda transistörün arızalanmasına neden olabilir.

Şekil 1.39 - Alan etkili transistörün çıkış IV özellikleri ailesi

Alan etkili transistörlerin ana parametreleri şunlardır:

Kapı eğimi

Tipik değerler: S= 0.1-500 mA/V;

Alt tabakadaki özelliğin eğimi

Tipik değerler: S p= 0.1-1 mA/V;

İlk tahliye akımı ben en başından- sıfır voltajda boşaltma akımı U ZI.

Kontrollü transistörler için R-P-geçiş ben= 0,2-600 mA, yerleşik kanallı - ben en başından= 0.1-100 mA, indüklenmiş kanal ile - ben en başından= 0.01-0.5 μA;

kesme gerilimi U ZI otları(Tipik değerler U ZI otları= 0,2-10 V);

Açıkta drenaj kaynağı direnci RSI açık(Tipik değerler RSI açık= 2-300 Ohm);

Artık drenaj akımı dinlenmek- voltajda boşaltma akımı U ZI otları (dinlenmek= 0.001-10 mA);

Maksimum kazanç frekansı fps- güç kazancının birliğe eşit olduğu frekans (tipik değerler fps- onlarca - yüzlerce MHz).

Alan etkili transistörler, çıkış akımının bir elektrik alanı tarafından kontrol edildiği aktif yarı iletken cihazlardır (bipolar transistörlerde çıkış akımı giriş akımı tarafından kontrol edilir). Alan etkili transistörlere tek kutuplu da denir, çünkü elektrik akımı akışı sürecinde yalnızca bir tür taşıyıcı yer alır.

İki tür alan etkili transistör vardır: kontrol geçişli ve yalıtımlı kapılı. Hepsinin üç elektrotu vardır: kaynak (akım taşıyıcılarının kaynağı), geçit (kontrol elektrotu) ve boşaltma (taşıyıcıların aktığı elektrot).

Kontrollü transistörp- n-geçiş . Şematik gösterimi Şek. 1.21 a bu transistörün geleneksel grafik gösterimi şek. 1.22 a, b (p- ve n- türleri, sırasıyla). Ok, katmandan yönü gösterir R katmanlamak P(aynı zamanda bir bipolar transistörün emitörünün görüntüsündeki ok). Entegre devrelerde, transistörlerin lineer boyutları 1 mikrondan önemli ölçüde daha az olabilir.

Pirinç. 1.22 Transistör cihazı

Pirinç. 1.23 Grafik ekran:a – p tipi kanal; b - kanal n-tipi

Katman direnci n(kapı) katmanın direncinden çok daha azdır R(kanal), yani alan R-n-hareketli yük taşıyıcılarında tükenmiş ve çok yüksek dirençliliğe sahip bağlantı, esas olarak katmanda bulunur R.

Değerlendirilen transistördeki yarı iletken katmanların iletkenlik türleri tersine çevrilirse, kontrollü alan etkili bir transistör elde ederiz.
R-n- geçiş ve kanal n-tip. Bir p-kanal transistörünün kapısı ve kaynağı arasına pozitif bir voltaj uygulanırsa: ve zi > 0, o zaman hareket edecek p—n- ters yönde geçiş.

Bağlantıdaki ters voltajdaki bir artışla, esas olarak kanal nedeniyle genişler (yukarıdaki direnç farkı nedeniyle). Geçiş genişliğinin arttırılması kanalın kalınlığını azaltır ve dolayısıyla direncini arttırır. Bu, kaynak ve tahliye arasındaki akımın azalmasına neden olur. Gerilimi ve ilgili elektrik alanını kullanarak akımı kontrol etmenizi sağlayan bu fenomendir. eğer voltaj ve zi yeterince büyük, kanal tamamen alanla kaplı p—n-geçiş (kesme gerilimi).

çalışma modunda R—n- geçiş ters veya sıfır voltaj altında olmalıdır. Bu nedenle, çalışma modunda kapı akımı yaklaşık olarak sıfıra eşittir ( ben h? 0 ), ve tahliye akımı kaynak akımına neredeyse eşittir.

genişlik başına R—n-Birleşim ve kanal kalınlığı da kaynak ve drenaj arasındaki voltajdan doğrudan etkilenir. İzin vermek senzi= 0 ve pozitif voltaj uygulandı sendır-dir(Şekil 1.24). Bu voltaj aynı zamanda kapı-dren boşluğuna da uygulanacaktır, yani. şekline dönüştü senzs= sendır-dir ve R—n- geçiş ters voltaj altındadır.

Çeşitli alanlarda ters voltaj R—n- geçiş farklıdır. Kaynağa yakın bölgelerde bu voltaj pratik olarak sıfırdır ve drenaja yakın bölgelerde bu voltaj yaklaşık olarak eşittir. sendır-dir . Böyle p—n- Kanalizasyona daha yakın olan alanlarda geçiş daha geniş olacaktır. Kaynaktan kanala giden kanaldaki voltajın lineer olarak arttığını varsayabiliriz.

saat sen=senziotlar kanal, giderin yakınında tamamen tıkanacaktır (Şekil 1.25). Voltajın daha da artmasıyla sendır-dir engellendiği kanalın bu alanı genişleyecektir.

Transistör anahtarlama devreleri . Alan etkili bir transistör ve bir bipolar için üç anahtarlama devresi vardır: ortak bir kapıya (03), ortak bir kaynağa (OI) ve ortak bir tahliyeye (OS) sahip devreler. Ortak bir kaynağa sahip en yaygın kullanılan devreler (Şekil 1.26).

Çalışma modunda olduğundan ben c? 0, daha sonra giriş özellikleri genellikle dikkate alınmaz.

Çıkış (stok) özellikleri . Çıkış karakteristiği, formun bağımlılığı olarak adlandırılır.

nerede f bazı işlevdir.

Bir transistör için çıkış özellikleri R—n-geçiş ve n-tipi kanal şek. 1.27.

Koşullara karşılık gelen özelliğe dönelim sen zi= 0. Doğrusal bölgede ( sen < 4 В) характеристика почти линейна (все характеристики этой области представляют собой почти прямые линии, веерообразно выходящие из начала координат). Она определяется сопротивлением канала. Транзистор, работающий в линейной области, можно использовать в качестве линейного управляемого сопротивления.

saat sen> 4 V boşaltma alanındaki kanal tıkalı. Gerilimde daha fazla artış, akımda çok hafif bir artışa yol açar, çünkü artan gerilim ile kanalın bloke olduğu bölge genişler. Bu durumda, kaynak-drenaj aralığının direnci artar ve akım ben c pratikte değişmez. Bu doygunluk alanıdır. Doygunluk bölgesindeki drenaj akımı sen zi = 0 ve belirli bir voltajda ve ben ilk boşaltma akımı olarak adlandırılır ve ile gösterilir başlıyorum. Düşünülen özellikler için başlıyorum= 5 mA'da ve ben= 10 V

Voltajı yükseltmek için bir transistörün özelliklerini karakterize eden parametreler şunlardır:

1) Kapı eğimi S(alan etkili transistörün eğim özellikleri):

2) Dahili diferansiyel direnç Ris diferansiyel

3) Kazanç

Görülebilir ki

Yalıtılmış kapı transistörleri. Yalıtılmış kapı alan etkili transistör, kapısı kanaldan bir dielektrik katman ile elektriksel olarak ayrılan bir transistördür. Bu tür transistörlerin çalışmasının fiziksel temeli, harici bir elektrik alanının etkisi altında yarı iletkenin yüzeye yakın bölgesindeki serbest yük taşıyıcılarının konsantrasyonunun değiştirilmesinden oluşan alan etkisidir. Yapılarına göre bu tür transistörlere denir. MIS transistörleri (metal-yalıtkan-yarı iletken) veya MOSFET'ler (metal oksit-yarı iletken).İki tür MOS transistörü vardır: indüklenmiş ve yerleşik kanallı.

Şek. 1.28, yerleşik bir kanala sahip bir transistör cihazının prensibini gösterir.

Taban (alt tabaka), elektrik iletkenliğine sahip bir silikon levhadır. p-tip. Elektrik iletkenliğine sahip iki bölgeye sahiptir. n+ -iletkenliği arttırılmış tip. Bu alanlar kaynak ve bataklıktır ve bunlardan sonuçlar çıkarılır. Drenaj ve kaynak arasında n-tipi elektrik iletkenliğine sahip yüzeye yakın bir kanal bulunur. Gölgeli alan silikon dioksit dielektrik tabakasıdır (kalınlığı genellikle 0,1 - 0,2 µm'dir). Dielektrik tabakanın üstünde ince bir metal film şeklinde bir kapı bulunur. Böyle bir transistörün kristali genellikle kaynağa bağlıdır ve potansiyeli sıfır olarak alınır. Bazen bir kristalden ayrı bir sonuç çıkarılır.

Geçide sıfır voltaj uygulanırsa, drenaj ve kaynak arasına bir voltaj uygulandığında, bir elektron akışı olan kanaldan bir akım akacaktır. biri olduğundan, kristalden hiçbir akım akmayacaktır. p—n-geçişler ters gerilim altındadır. Geçide kaynağa (ve dolayısıyla kristale) göre negatif polariteli bir voltaj uygulandığında, kanalda kaynak, drenaj ve kristal bölgesinde elektronları kanalın dışına iten enine bir elektrik alanı oluşur. . Kanalın elektronları tükenir, direnci artar ve akım azalır. Kapı voltajı ne kadar yüksek olursa, akım o kadar düşük olur. Bu modun adı yalın mod . Kapıya pozitif bir voltaj uygulanırsa, alanın etkisi altında drenaj, kaynak ve kristal alanlarından elektronlar kanala girer. Kanal direnci düşer, akım artar. Bu modun adı zenginleştirme rejimi . eğer kristal n-type, o zaman kanal p-tipi olmalı ve voltaj polaritesi ters çevrilmiştir.

Başka bir tür indüklenmiş (ters) kanallı transistör (Şekil 1.29). Bir öncekinden farklıdır, çünkü kanal yalnızca kapıya belirli bir polariteye sahip bir voltaj uygulandığında ortaya çıkar.

Kapıda voltaj olmadığında kaynak ile drenaj arasında kanal yoktur.
n+ -tip sadece kristal bulunur p-type ve birinde pn+ -bağlantılar ters voltaj üretir. Bu durumda drenaj ve kaynak arasındaki direnç yüksektir ve transistör kapalıdır. Kapıya pozitif kutuplu bir voltaj uygulandığında, kapı alanının etkisi altında, iletim elektronları boşaltma ve kaynak bölgelerinden hareket edecek ve p- deklanşöre doğru alan. Geçit üzerindeki voltaj, kilit açma (eşik) değerine (bir volt birimi) ulaştığında, yüzeye yakın katmandaki elektron konsantrasyonu, deliklerin konsantrasyonunu aşacak kadar artar ve sözde ters çevirme elektriksel iletkenlik türü, yani. ince bir kanal oluşur n-type ve transistör akımı iletmeye başlayacaktır. Kapı voltajı ne kadar yüksek olursa, boşaltma akımı o kadar yüksek olur. Açıkçası, böyle bir transistör yalnızca zenginleştirme modunda çalışabilir. eğer substrat n-type, sonra uyarılmış bir kanal elde ederiz p-tip. Endüklenmiş kanal transistörleri genellikle anahtarlama cihazlarında bulunur. Alan etkili transistör anahtarlama devreleri, bipolar anahtarlama devrelerine benzer. Alan etkili transistörün bipolar olandan çok daha yüksek bir kazanç elde etmenize izin verdiğine dikkat edilmelidir. Yüksek giriş empedansı (ve düşük çıkış) ile alan etkili transistörler kademeli olarak bipolar transistörlerin yerini alıyor.

Kanalın elektriksel iletkenliğine göre ayırt ederler. p-kanal ve n- kanal MIS transistörleri. Bu cihazların sembolü elektrik şemalarıŞek. 1.30 . MIS transistörlerinin tasarımlarına ve teknolojik özelliklerine göre bir sınıflandırması vardır (daha sık olarak kapı malzemesinin türüne göre).

Pirinç. 1.30 Alan etkili transistörler için semboller
yalıtımlı bir kapı ile: a - yerleşik bir p-kanalı ile; b - yerleşik
n-kanal; c – indüklenmiş p-kanallı; d – indüklenmiş n-kanallı

Her iki p içeren entegre devreler — kanal ve n-kanal MOS transistörlerine tamamlayıcı (kısaltılmış KMOS-IC) denir. KMDP-IC'ler, yüksek gürültü bağışıklığı, düşük güç tüketimi ve yüksek hız ile ayırt edilir.

Frekans özellikleri FET'ler zaman sabiti ile tanımlanır uzaktan kumanda- kepenk zincirleri. giriş kapasitansı beri İlezi transistörler için R—n-geçiş büyüktür (onlarca pikofarad), yüzlerce kilohertz - megahertz birimini geçmeyen frekans aralığında büyük bir giriş empedansı ile yükseltme aşamalarında kullanımları mümkündür.

Anahtarlama devrelerinde çalışırken, anahtarlama hızı tamamen RC kapı devresinin zaman sabiti tarafından belirlenir. Yalıtılmış kapı FET'leri çok daha düşük bir giriş kapasitansına sahiptir, bu nedenle frekans özellikleri p-n bağlantı FET'lerinden çok daha iyidir.

Alan etkili transistörlerin yaratılması ve uygulanmasının tarihi

İlk alan etkili transistör, hayatının çoğunu transistör etkisini incelemeye adayan Avusturya-Macaristanlı bir fizikçi olan Julius Edgar Lilienfeld tarafından icat edildi. 1928'de oldu, ancak transistör üretimi için ilk teknoloji, bu radyo öğesinin endüstride fiziksel olarak uygulanmasına izin vermedi. Lilienfeld'in yazılarına göre, yalıtımlı bir kapıya sahip ilk çalışan FET, yalnızca 1960 yılında ABD'de üretildi. Bundan 7 yıl önce, alan etkili transistör üretimi için başka bir teknoloji, yönetici p-n bağlantı (MOS transistörü). Amerikalı mühendis Carver Andress Mead, Walter Schottky'nin 1966'daki çalışmasına dayanarak, bir Schottky bariyeri kullanan yeni bir transistör türü önerdi. 1977'de, bilgisayar teknolojisinde alan etkili transistörlerin kullanımının, alan etkili bir transistöre dayalı bilgisayar işlemcilerinin ve mantık devrelerinin gelişiminin başlangıcını belirleyen elektronik cihazların hesaplanan gücünü önemli ölçüde arttırdığı bulundu. Alan etkili transistör için daha doğru bir isim, tek kutuplu bir transistördür (tek bir elektrik alanı tarafından kontrol edilir), ancak bu isim insanlar arasında kök salmadı.

Alan etkili bir transistörün çalışmasının fiziksel temeli

Alan (tek kutuplu) transistör, yalnızca bir işaretin, yani yüklerin kullanılması ilkesine dayanan elektronik bir cihazdır. elektronlar veya delikler. Alan etkili transistörlerde akım kontrolü, alan etkili transistör ile iki kutuplu arasındaki ana fark olan voltaj potansiyeli ile değil, bir elektrik alanı etkisi altında kanal iletkenliği değiştirilerek gerçekleştirilir. Kanal oluşturma yöntemine göre, alan etkili transistörler ile ayırt edilir. Pn kavşağı, yerleşik kanal ve uyarılmış kanal. Yerleşik ve indüklenmiş bir kanala sahip transistörler ayrıca çeşitli MIS transistörlerine aittir.

FET cihazı

a - p-n bağlantı ile; b - yalıtımlı bir kapı ve yerleşik bir kanal ile; c - yalıtılmış bir kapı ve indüklenmiş bir kanal ile.

Alan etkili transistörlerin çalışması, bir yarı iletkendeki ana taşıyıcıların hareketine dayanır.

P-n bağlantılı alan etkili transistör.

Bu transistör, her iki ucunda ohmik uçlar bulunan bir silikon levhadan yapılmış n-tipi bir yarı iletkenin ana kanalından oluşur. Kanal, difüzyon yöntemiyle (katkılı bir malzemenin tanıtılması) oluşturulur ve delik iletkenliği ile en ince tabakayı oluşturur. Kanal, birbirine bağlı iki p-tipi elektrot arasında yer alır. Böylece, n-kanalı, akım yönüne paralel iki p-n bağlantısı oluşturur. Yük taşıyıcıların girdiği terminale kaynak (I) ve yükün aktığı elektrota drenaj (C) denir. Her iki p-katman da elektriksel olarak birbirine bağlıdır ve kapı (G) adı verilen harici bir elektrota sahiptir. İki tür kanal vardır. Pozitif yük p kanalından, negatif yük ise n kanalından akar. Aşağıdaki şekil, bir pozitif polarite alanı tarafından kontrol edilen bir negatif iletken alan kanalını göstermektedir. Bu durumda, elektronlar kanal boyunca kaynaktan drenaja doğru hareket eder. P tipi kanallı alan etkili transistörler de benzer bir tasarıma sahiptir.

Kapı ve kaynak arasına kontrol veya giriş gerilimi (Uz) uygulanır. Her iki p-n bağlantısı için bu voltaj tersine çevrilir. Transistör kanalını da içeren çıkış devresinde U gerilimi ve artı kutup gidere bağlanır.

Transistörü kontrol etme yeteneği, voltaj değiştiğinde Uzi'nin değişeceği gerçeğiyle açıklanmaktadır. p-n genişliği yarı iletkendeki yük taşıyıcıları tükenmiş alanlar olan bağlantılar. Daha düşük dirençli p katmanı, n katmanına kıyasla daha yüksek bir safsızlık konsantrasyonuna sahip olduğundan, kanal genişliğindeki değişiklik, daha yüksek dirençli n katmanı tarafından kontrol edilir. Bu durumda, kesit değişir ve iletken kanalın (Ic drenaj akımıdır) kaynaktan drenaja iletkenliği değişir.

Alan etkili bir transistörün çalışmasının bir özelliği, Uzi ve Usi voltajının kanal iletkenliği üzerindeki etkisidir. Uygulanan gerilimlerin etkisi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Resimde:

A) Gerilim yalnızca giriş kontrol devresine uygulanır. Usi'nin değiştirilmesi, tüm genişlik boyunca kanal kesitini kontrol eder, ancak Usi geriliminin olmaması nedeniyle çıkış akımı Ic=0.

B) Sadece kanal gerilimi var, kontrol gerilimi yok ve Ic akımı akmaya başlıyor. Drenaj elektrotu boyunca bir voltaj düşüşü oluşur ve bu da verim kanal daralır ve bir değerde p-n sınırları geçişler kapalı. Kanalın iç direnci artar ve mevcut Ic artık geçemez.

C) Bu varyantta, şekil Usi voltaj kanalı küçük bir kontrol voltajı Usi tarafından bloke edildiğinde voltajların toplam değerini gösterir. Bu voltaj uygulandığında n bölgesi genişler ve Ic akımı akmaya başlar.

Yalıtılmış kapı alan etkili transistör (MIS ve MOS)

Bu transistörlerde, kapı elektrotu kanaldan ince bir yalıtkan silikon oksit tabakası ile ayrılır. Dolayısıyla bu transistörlerin bir diğer adı da MOS transistörleridir (metal oksit-yarı iletken yapı). Bir dielektrik varlığı, dikkate alınan transistörlerin yüksek giriş empedansını sağlar. Kontrol alanının kanala nüfuz etmesi zor değildir, ancak kapı akımı büyük ölçüde azalır ve kapıya uygulanan voltajın polaritesine bağlı değildir. MIS transistörleri (metal-dielektrik-yarı iletken yapı) silikondan yapılmıştır. MIS transistörlerinin çalışma prensibi, enine bir elektrik alanının etkisi altında bir dielektrik ile sınırdaki bir yarı iletkenin yüzeye yakın tabakasının iletkenliğindeki bir değişikliğin etkisine dayanır.

Alan MIS transistörlerinin kanalları tükenebilir (b - yerleşik kanal) ve zenginleştirilmiş tip (c - indüklenmiş kanal), (alan etkili transistör cihazının şekline bakın).

Akım Ic, Uzi voltajının yokluğunda yerleşik kanaldan akar. Değeri, transistör p-kanallı ise pozitif voltaj Uzi ve transistör n-kanallı ise negatif voltaj uygulanarak aşağı doğru kontrol edilebilir. Başka bir deyişle, transistörü kontrol ters voltajıyla kapatın.

İndüklenen kanalda, U gerilimi yoksa ve drenaj ile kaynak arasındaki akım çok küçükse. Kontrol gerilimi uygulandığında Isi akımı artar.

Böylece, kontrol voltajı, yerleşik bir kanala sahip bir transistörün kapısına uygulandığında, transistörü kapatır; endüksiyon kanalında, transistörü açar.

Alan etkili transistörün Volt - amper ve tahliye kapısı özellikleri

Alan etkili bir transistörün CVC'si, çıkış (stok) özelliklerini belirler ve ayrıca çeşitli çalışma modlarındaki özellikleri hakkında bilgi içerir. Ayrıca VAC, parametreler arasındaki ilişkiyi görüntüler. Grafiğe göre, transistörün açıklamasında belgelenmeyen bazı parametreleri belirleyebilir, öngerilim devrelerinin (Uzi) voltaj seviyesini hesaplayabilir, modu stabilize edebilir ve ayrıca alan etkili transistörün çalışmasını değerlendirebilirsiniz. geniş akım ve gerilim aralığı.

Soldaki şekil, çeşitli sabit Uzi kontrol voltajlarında p-n eklemli ve p tipi kanallı alan etkili bir transistörün boşaltma karakteristiğinin bir örneğini göstermektedir. Grafikler, boşaltma akımının (Ic) boşaltma kaynağı voltajına (Usi) bağımlılığını gösterir. Bu eğrilerin her birinin 3 karakteristik bölgesi vardır:

1. Akım Ic'nin Usi gerilimine (kesik noktalı çizgiye kadar olan alan) güçlü bağımlılığı. Bu kısım, transistörün kapalı (açık) duruma geçtiği Usus voltajına kadar kanalın doyma süresini belirler. Kontrol ön gerilimi Uzi ne kadar yüksek olursa, alan etkili transistör o kadar erken kapanır (açılır).

2. Kanal maksimum değerine doyurulduğunda ve kalıcı olarak kapalı (açık) duruma geçtiğinde mevcut Ic'nin zayıf bağımlılığı.

3. Usi geriliminin alan etkili bir transistör için izin verilen maksimum değeri aştığı anda, p-n bağlantısında geri dönüşü olmayan bir elektrik arızası meydana gelir. Alan etkili transistör başarısız.

Boşaltma kapısı özelliği, Ic'nin kapı ve kaynak arasındaki voltaja bağımlılığını gösterir.

Boşaltma akımının sıfıra gittiği kapı voltajı, bir FET'in çok önemli bir özelliğidir. Kapı devresindeki cihazın kapatma voltajına karşılık gelir ve kapatma voltajı veya kesme voltajı olarak adlandırılır.

koşullu grafik görüntüler elektrik devrelerinde alan etkili transistörler aşağıdaki gibidir.

Alan etkili transistör nerede:

a - p-n bağlantısı ve p-kanalı ile;

b - p-n bağlantısı ve n-kanalı ile;

c - tükenmiş tipte yerleşik bir p-kanalı ile;

d - yerleşik tükenmiş tip n-kanallı;

e - zenginleştirilmiş tipte indüklenmiş bir p-kanalı ile;

f - indüklenmiş zenginleştirilmiş tip n-kanalı;

g - p tipi (c) ve substrattan çıktı;

h - p tipi (e) ve alt tabakadan çıktı

Avrupa kontak tanımı: kapı - geçit, tahliye - tahliye, kaynak - kaynak, sekme - alt tabaka (genellikle izole edilmemiş transistörlerde bir tahliyedir).

Alan etkili transistörün ana teknik özellikleri

Modern alan etkili transistörler, substrat (kaynak) üzerinde +25 dereceye kadar sıcaklıklarda temel özellikler, sıcaklık özellikleri ve elektriksel özellikler ile karakterize edilir. Ayrıca, frekans sinyallerinde kullanıldıklarında maksimum performansı belirleyen alan etkili transistörlerin statik ve dinamik özellikleri vardır. Jeneratörlerde, modülatörlerde, anahtarlama güç kaynaklarında, D sınıfı ve daha yüksek modern dijital amplifikatörlerde transistörler kullanılırken frekans özelliklerine özellikle dikkat edilmelidir. Frekans özellikleri, kanalın kapanma/kapanma hızını belirleyen RC kapı devresinin zaman sabiti tarafından belirlenir. Yalıtılmış kapılı (MOS ve MIS) alan etkili transistörler için giriş kapasitansı, p-n bağlantılı alan etkili transistörlerden çok daha düşüktür, bu da onları yüksek frekanslı ekipmanlarda kullanmayı mümkün kılar.

Alan etkili transistörlerin temel özellikleri şunlardır:

Vds (Vdss) veya Usi max - kaynak ve tahliye arasındaki izin verilen maksimum voltaj değerini belirler;

Id veya Ic - transistörün açık kanalından geçen izin verilen maksimum drenaj akımı;

Rdc(on), kapı ile kaynak arasındaki kanalın direncidir (genellikle Uzi veya Vgs kontrol gerilimi ile birlikte gösterilir).

Iz ut veya Igss - kapı ve çıkışların geri kalanı arasında belirli bir voltajda birbirine kapalı kapı kaçak akımı.

Pd veya Pmax - kural olarak +25 derecelik bir sıcaklıkta transistörün maksimum güç kaybı.

Alan etkili bir transistörün termal parametreleri, sıcaklık değiştiğinde yarı iletken malzemelerin özellikleri değiştiğinden, bir sıcaklık aralığında çalışırken özelliklerinin kararlılığını belirler. Ic değeri, eğim ve kapı kaçak akımı büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır.

Tj veya Tmax, izin verilen maksimum çalışma sıcaklığına karşılık gelen substrat kristalinin imha sıcaklığıdır.

Tstg veya Tmin - transistörün ana pasaport parametrelerinin gözlemlendiği minimum negatif sıcaklık

Alan etkili transistörlerin bipolar olanlara kıyasla çalışmasının ayırt edici bir özelliği, çok düşük bir gürültü rakamı veya Ksh'dir. Bu katsayının, boşaltma kaynağı voltajları, boşaltma akımı ve ayrıca transistörün çalışma sıcaklığı (+50 dereceye kadar) üzerinde çok az etkisi vardır.

1. Çalışmaları sırasında alan etkili transistörlerin sıcaklığının -5 derecenin altına düşürülmesi ve ayrıca +60 +70 derecelik çalışma sıcaklığının (popüler olarak - bir parmak tutma sıcaklığı) ötesine geçilmesi önerilmez.
2. Çalışma sırasında pasaporta (veri sayfası) göre izin verilen maksimum parametrelerin %70'ini aşmayacak çalışma voltajları ve akımları seçmek gerekir.
3. Transistörleri aynı anda iki parametre için maksimum modda kullanamazsınız.
4. Transistörün kapı kapalıyken çalışmasına izin vermeyin.
5. Bir p-n bağlantıya sahip alan etkili transistörlerin kapısı, bağlantıyı ileri yönde saptıran bir voltajla beslenemez. p-kanalı için negatif, n-kanalı için pozitif olacaktır.
6. Saha MOS ve MIS transistörlerinin kısa devreli uçlarla depolanması arzu edilir. Düşük güçlü transistörler - bu yapının frekans transistörleri statik voltajdan başarısız olur.
7. Alan efekti transistörünün sağlığını bu videoya benzeterek bir elektronik test cihazı ile kontrol edebilirsiniz http://www.youtube.com/watch?v=jQ6l6C8LMSw

Çalışması, yarı iletken bir malzemenin direncinin enine bir elektrik alanı ile modülasyonuna dayanan yarı iletken cihazlara alan etkili transistörler denir. Bir elektrik akımının (elektronlar veya delikler) yaratılmasında yer alan yalnızca bir tür yük taşıyıcıları vardır.

Alan etkili transistörler iki tiptir: kontrol p-n bağlantılı ve metal-dielektrik-yarı iletken yapıya sahip (MIS transistörleri).

Pirinç. 2.37. Kontrollü bir alan etkili transistörün basitleştirilmiş yapısı (a); bir n-tipi kanala (b) ve bir p-tipi kanala (c) sahip bir transistörün sembolleri; tipik yapılar (d, e): artan hıza sahip transistör yapısı (e)

Kontrol p-n bağlantılı bir transistör (Şekil 2.37), uçlarından iki sonucun yapıldığı belirli bir elektrik iletkenliğine sahip bir yarı iletken malzemenin bir plakasıdır (bölümü) - drenaj ve kaynak elektrotları. Plaka boyunca bir elektrik bağlantısı (p-n bağlantısı veya Schottky bariyeri) yapılır, bundan üçüncü bir sonuç çıkarılır - bir deklanşör.

Dış voltajlar, drenaj ve kaynak elektrotları arasında bir elektrik akımı akacak şekilde uygulanır ve kapıya uygulanan voltaj, elektrik bağlantısını ters yönde saptırır. Kanal adı verilen elektrik bağlantısının altında bulunan bölgenin direnci kapı voltajına bağlıdır. Bunun nedeni, kendisine uygulanan ters voltajdaki bir artışla geçişin boyutlarının artması ve yük taşıyıcılarının tükendiği bölgedeki bir artışın, kanalın elektrik direncinde bir artışa yol açmasıdır.

Bu nedenle, bir kontrol p-n bağlantısına sahip alan etkili bir transistörün çalışması, ters voltajın etkisi altında meydana gelen ana yük taşıyıcılarının tükendiği bölgenin boyutundaki bir değişiklik nedeniyle kanal direncindeki bir değişikliğe dayanır. kapısına uygulanır.

Ana yük taşıyıcıların kanalda hareket etmeye başladığı elektrot kaynak, ana yük taşıyıcıların hareket ettiği elektrot ise drenaj olarak adlandırılır. Bir kontrol p-n bağlantısına sahip bir alan etkili transistörün basitleştirilmiş bir yapısı, Şek. 2.37 a. Semboller şekil 2'de verilmiştir. 2.37, b, c ve ticari olarak üretilen alan etkili transistörlerin yapıları şekil 2'de gösterilmiştir. 2.37, Bay e.

Bir yarı iletken plakada, örneğin n-tipinde p-tipi elektriksel iletkenliğe sahip bölgeler oluşturulursa, o zaman p-n bağlantısına onu ters yönde bastıran bir voltaj uygulandığında, ana yük tarafından tüketilen bölgeler oluşur. taşıyıcılar (Şekil 2.37, a). Kaynak ve boşaltma elektrotları arasındaki yarı iletkenin direnci, akım yalnızca bağlantı noktaları arasındaki dar kanaldan akarken artar. Geçit kaynağı voltajındaki bir değişiklik, uzay yükü bölgesinin (boyutlar) boyutunda bir değişikliğe, yani kanal direncinde bir değişikliğe yol açar. Kanal neredeyse tamamen tıkanabilir ve daha sonra kaynak ile tahliye arasındaki direnç çok yüksek olacaktır (birkaç - onlarca).

Boşaltma akımının önceden belirlenmiş bir düşük değere ulaştığı kapı ve kaynak arasındaki gerilime FET kesme gerilimi denir. Kesin olarak söylemek gerekirse, kesme voltajında ​​​​transistör tamamen kapanmalıdır, ancak sızıntıların varlığı ve özellikle küçük akımları ölçmenin zorluğu, kesme voltajını akımın belirli bir küçük değere ulaştığı voltaj olarak düşünmemize neden olur. Bu nedenle teknik özelliklerde transistörün ölçümün hangi drenaj akımında yapıldığı belirtilir.

pn bağlantısının genişliği ayrıca kanaldan geçen akıma da bağlıdır. Örneğin, (Şekil 2.37, a), o zaman transistörden akan akım, ikincisinin uzunluğu boyunca bir voltaj düşüşü yaratacaktır, bu da kapı-kanal geçişini engellemektedir.

Pirinç. 2.38. Kontrol giriş karakteristiği (6) ve iletim karakteristiği (stok kapısı) (c) ile alan etkili bir transistörün çıkış karakteristikleri: I - dik bölge; II - düz alan veya doygunluk alanı; III - arıza alanı

Bu, kanalın genişliğinde ve buna bağlı olarak enine kesitinde ve iletkenliğinde bir azalmaya yol açar ve neden olduğu en büyük voltaj düşüşünün olacağı drenaj bölgesine yaklaştıkça p-n bağlantısının genişliği artar. kanal direncindeki akım. Yani, transistörün direncinin sadece kanalın direnci tarafından belirlendiğini varsayarsak, o zaman kaynağa bakan p-n bağlantısının kenarında voltaj hareket edecek ve tahliyeye bakan kenarda voltaj hareket edecektir. . Düşük voltaj değerlerinde ve küçük olduğunda, transistör doğrusal bir direnç gibi davranır. Bir artış, neredeyse doğrusal bir artışa yol açar ve bir azalma, buna karşılık gelen bir azalmaya yol açar. Karakteristik büyüdükçe, drenaj ucundaki kanalın daralmasıyla ilişkili olan doğrusal olandan giderek daha fazla sapar. Akımın belirli bir değerinde, bununla karakterize edilen doygunluk modu (Şekil 2.38, a'daki bölüm II) oluşur. yani akım arttıkça akım biraz değişir. Bunun nedeni, yüksek voltajda drenajdaki kanalın dar bir boyuna büzülmesidir. Akımdaki bir artışın ve artışın kanalın daha da daralmasına ve buna bağlı olarak akımda bir azalmaya neden olduğu bir tür dinamik denge oluşur. Sonuç olarak, ikincisi neredeyse sabit kalır. Doygunluğun meydana geldiği gerilime doygunluk gerilimi denir. Şekilden de anlaşılacağı üzere öyledir. , voltaj değiştikçe değişir. Tahliye çıkışındaki kanal genişliği üzerindeki etki hemen hemen aynı olduğundan, o zaman

Bu nedenle, düşük bir voltajda belirlenen kesme voltajı, doyma voltajına sayısal olarak eşittir ve belirli bir geçit voltajındaki doyma voltajı, kesme voltajı ile kapı-kaynak voltajı arasındaki farka eşittir.

Drenaj ucunun voltajında ​​​​önemli bir artışla, p-n bağlantısının bozulması gözlenir.

Bir alan etkili transistörün çıkış özelliklerinde, iki çalışma alanı, OA ve OB ayırt edilebilir. OA bölgesine dik karakteristik bölge, AB bölgesine düz veya doygun bölge denir. Dik bölgede, transistör omik kontrollü direnç olarak kullanılabilir. Yükseltme aşamalarında, transistör, özelliğin düz bir bölümünde çalışır. B noktasının ötesinde, elektriksel geçişin bozulması meydana gelir.

Kontrol bağlantısına sahip alan etkili bir transistörün giriş özelliği (Şekil 2.38, b), bağlantının volt-amper özelliğinin ters dalıdır. Kapı akımı voltajla biraz değişse ve kaynak ve boşaltma terminallerinin kısa devresi (kapı kaçak akımı) durumunda en yüksek değerine ulaşsa da - çoğu durumda ihmal edilebilir. Gerilimdeki bir değişiklik, bir ters akım bağlantısı için tipik olan kapı akımında önemli değişikliklere neden olmaz.

Akım-voltaj karakteristiğinin düz bir bölgesinde çalışırken, belirli bir voltajdaki drenaj akımı 11sh ifadesinden belirlenir.

akımın ve boşaltma voltajının doyma voltajını aştığı ilk boşaltma akımı nerede: .

Alan etkili transistör kapı voltajı tarafından kontrol edildiğinden, özelliğin dikliği kapının kontrol hareketini ölçmek için kullanılır.

Karakteristiğin dikliği maksimum değerine 'de ulaşır. Herhangi bir voltajda S değerini belirlemek için ifadeyi farklılaştırırız.

için, ifade (2.73) şu şekli alır:

(1.74) ifadesini (1.73) yerine koyarsak, elde ederiz.

Böylece, bir alan etkili transistörün karakteristiğinin eğimi, kapısına uygulanan artan voltajla azalır.

Karakteristiğin dikliğinin başlangıç ​​değeri, grafik-analitik bir yöntemle belirlenebilir. Bunu yapmak için, bir noktadan tahliye kapısı karakteristiğine bir teğet çiziyoruz (Şekil 2.38. c). Gerilme ekseninde bir segment kesecek ve eğimi değerini belirleyecektir.

Alan etkili transistörlerin yükseltme özellikleri, kazanç ile karakterize edilir.

karakteristik eğimi ve denklem ile iç direnç ile ilgilidir, transistörün diferansiyel iç direnci nerede.

Gerçekten de, genel olarak.

ve 'de eşzamanlı bir değişiklik varsa, o zaman nereden

Bipolar transistörlerde olduğu gibi, alan etkili transistörler de büyük ve küçük sinyal modları arasında ayrım yapar. Büyük sinyal modu çoğunlukla transistörün giriş ve çıkış özellikleri ve Şekil 2'deki eşdeğer devre kullanılarak hesaplanır. 2.39, a. Küçük sinyal rejimini analiz etmek için, Şekil 2'de küçük sinyal eşdeğer devreleri yaygın olarak kullanılmaktadır. 2.39, b-g (p tipi kanallı transistör). Silikon alan etkili transistörlerdeki kapalı bağlantıların dirençleri büyük olduğundan (onlarca ila yüzlerce MΩ), çoğu durumda göz ardı edilebilirler. Pratik hesaplamalar için Şekil 1'deki eşdeğer devre en uygunudur. 2.39, d, göz önünde bulundurulan transistörlerde meydana gelen gerçek fiziksel süreçleri yansıtmasına rağmen çok daha kötüdür. Devredeki tüm kapı kapasitansları, ortalama eşdeğer direnç üzerinden yüklenen bir eşdeğer kapasitans C " ile değiştirilir.

Pirinç. 2.39. Doğru akım (a) için bir kontrol p-n bağlantısı olan bir alan etkili transistörün basitleştirilmiş eşdeğer devresi; küçük sinyal eşdeğer devreleri: tam (b), basitleştirilmiş (c), değiştirilmiş (d).

Dik karakteristik bölgesindeki statik dirence eşit olduğunu varsayabiliriz - belirli bir drenaj kaynağı voltajında ​​​​doyma voltajından daha düşük, transistörün açık durumunda drenaj ve kaynak arasındaki direnç. Geçit direnci (ohmik), büyük değeri (onlarca yüz) nedeniyle göz ardı edilebilecek eşdeğer direnç tarafından yansıtılır.

Eşdeğer devrede yer alan silikon transistör parametrelerinin tipik değerleri: .

Alan etkili transistörün kapasitansları ve kanaldaki yük taşıyıcıların son hızı, atalet özelliklerini belirler. İlk yaklaşımdaki transistörün ataleti, karakteristiğin operatör eğimi tanıtılarak dikkate alınır.

özelliğin eğiminin statik değerinin 0.7 seviyesinde belirlenen sınırlayıcı frekans nerede.

Sıcaklık değiştiğinde, aşağıdaki faktörlerin etkisi nedeniyle kontrollü alan etkili transistörlerin parametreleri ve özellikleri: kapalı bir p-n-bağlantısının ters akımındaki değişiklikler; kontak potansiyel farkı değişiklikleri kanalın direncindeki değişiklikler.

Kapalı olandaki ters akım, artan sıcaklıkla katlanarak artar. Geçici olarak, 6-8 C sıcaklıktaki bir artışla iki katına çıktığı düşünülebilir. Transistör kapı devresinde büyük bir dış direnç varsa, o zaman değişen bir akımın neden olduğu üzerindeki voltaj düşüşü, değeri önemli ölçüde değiştirebilir. kapı voltajı

Temas potansiyel farkı, sıcaklıkta yaklaşık olarak bir artışla azalır. Sabit bir kapı voltajı ile bu, boşaltma akımında bir artışa yol açar. Düşük kesme voltajına sahip transistörler için bu etki baskındır ve boşaltma akımındaki değişiklikler olumlu olacaktır.

Kanal özdirencindeki değişimi karakterize eden sıcaklık katsayısı pozitif olduğundan, artan sıcaklıkla drenaj akımı azalır. Bu olasılığı açar doğru seçim transistörün çalışma noktasının konumları, kontak potansiyel farkı ve kanal direncindeki değişikliklerin neden olduğu akımdaki değişiklikleri karşılıklı olarak telafi eder. Sonuç olarak, tahliye akımı geniş bir sıcaklık aralığında neredeyse sabit olacaktır.

Sıcaklık değişiklikleriyle akış hızındaki değişikliğin minimum olduğu çalışma noktasına termostabil nokta denir. Yaklaşık konumu denklemden bulunabilir.

(2.78)'den, termal olarak kararlı bir noktada özelliğin önemli bir dikliği ile küçük olduğu ve transistörden düşük bir voltajla çalışmaya göre çok daha düşük bir kazanç elde edilebileceği görülebilir.

Pirinç. 2.40. Devrelere alan etkili bir transistörün dahil edilmesi: a - ortak bir kaynakla; b - ortak bir tahliye ile

Silikon bazında yapılan modern alan etkili transistörler, 120-150 C sıcaklığa kadar çalışabilir. Ortak bir kaynak ve ortak bir tahliye ile yükseltme aşamalarının devrelerine dahil edilmeleri, Şek. 2.40, a, b. Sabit basınç belirli bir kanal direnci değeri ve belirli bir drenaj akımı sağlar. Giriş yükseltilmiş voltajı uygulandığında, kapı potansiyeli değişir ve drenaj ve kaynak akımları ile direnç R üzerindeki voltaj düşüşü buna göre değişir.

R direnci üzerindeki voltaj düşüşünün büyük bir değerdeki artışı, giriş voltajındaki artışlardan çok daha fazladır. Bu, sinyali güçlendirir. Düşük yaygınlık nedeniyle, ortak bir deklanşörle açma gösterilmemiştir. Kanalın elektriksel iletkenlik tipini değiştirdiğinizde, eşdeğer devreler de dahil olmak üzere sadece uygulanan gerilimlerin polaritesi ve akımların yönü değişir.

Kontrol pn eklemli alan etkili transistörlerin bipolar olanlara göre başlıca avantajları, yüksek giriş direnci, düşük gürültü, üretim kolaylığı ve açık durumda bir açık transistörün kaynağı ile tahliyesi arasında artık voltaj olmamasıdır.

MIS transistörleri iki tip olabilir: yerleşik kanallı transistörler (kanal üretim sırasında oluşturulur) ve indüklenmiş kanallı transistörler (kanal, kontrol elektrotlarına uygulanan bir voltajın etkisi altında görünür).

Birinci tip transistörler, hem kanalın şarj taşıyıcılarla tükenme modunda hem de zenginleştirme modunda çalışabilir. İkinci tip transistörler yalnızca zenginleştirme modunda kullanılabilir. MIS transistörlerinde, kontrol p-n bağlantılı transistörlerin aksine, metal geçit bir dielektrik katman ile yarı iletkenden izole edilir ve cihazın yapıldığı kristalden substrat olarak adlandırılan ek bir çıktı (Şekil 2.41) vardır.

Pirinç. 2.41. MIS transistörünün yapıları: a - indüklenmiş kanallı düzlemsel transistör. b - yerleşik kanallı düzlemsel transistör; , transistör - ve .

Pirinç. 2.42. Yüzey tabakasında yük taşıyıcıların dağılımı

Kontrol voltajı hem geçit ile alt tabaka arasına hem de alt tabakaya ve kapıya bağımsız olarak uygulanabilir. Ortaya çıkan elektrik alanının etkisi altında, indüklenmiş bir kanala sahip bir transistörde elektronların yüzeyden yarı iletkenin derinliğine itilmesi nedeniyle yarı iletken yüzeyinin yakınında bir tip kanal belirir. Yerleşik kanallı bir transistörde mevcut kanal genişletilir veya daraltılır. Kontrol voltajını değiştirmek, kanal genişliğini ve buna bağlı olarak transistörün direncini ve akımını değiştirir.

MIS transistörlerinin önemli bir avantajı, Ohm değerlerine ulaşan yüksek giriş dirençleridir (Ohm kontrol bağlantısı olan transistörler için).

Endüklenmiş kanallı bir MIS transistörünün çalışmasını daha ayrıntılı olarak ele alalım. Transistörün kaynak malzemesi olarak elektriksel iletkenliği -tipi silisyum kullanılmasına izin verin. Dielektrik filmin rolü silikon dioksit tarafından gerçekleştirilir. Önyargı yokluğunda, bir yarı iletkenin yüzeye yakın tabakası genellikle elektronlarla zenginleşir (Şekil 2.42, a). Bu, dielektrik filmde, silisyumun önceki oksidasyonunun ve fotolitografik işleminin bir sonucu olan pozitif yüklü iyonların varlığı ve ayrıca arayüzdeki tuzakların varlığı ile açıklanır. Tuzakların, bant aralığının derinliklerinde, ortasına yakın bir yerde bulunan bir dizi enerji seviyesi olduğunu hatırlayın.

Geçide negatif bir voltaj uygulandığında, yüzeye yakın katmanın elektronları yarı iletkenin derinliğine doğru itilir ve delikler yüzeye doğru hareket eder. Yüzey tabakası delik elektrik iletkenliği kazanır (Şekil 2.42, b). İçinde drenajı kaynağa bağlayan ince bir ters katman belirir. Bu katman bir kanal rolünü oynar. Kaynak ve drenaj arasına bir voltaj uygulanırsa, kanal boyunca hareket eden delikler bir drenaj akımı oluşturur. Geçit voltajını değiştirerek kanalı genişletmek veya daraltmak ve böylece boşaltma akımını artırmak veya azaltmak mümkündür.

Kanalın indüklendiği kapı voltajına eşik voltajı denir. Kanal kademeli olarak göründüğünden, geçit voltajı arttıkça, tanımındaki belirsizliği ortadan kaldırmak için genellikle belirli bir boşaltma akımı değeri ayarlanır, bunun üzerinde kapı potansiyelinin eşik voltajına ulaştığı kabul edilir.

Yarı iletken yüzeyinden uzaklık arttıkça indüklenen deliklerin konsantrasyonu azalır. Yaklaşık olarak kanal kalınlığına eşit bir mesafede, elektriksel iletkenlik içsel hale gelir. Ardından ana yük taşıyıcılarının tükendiği kısım gelir (-geçiş). Onun sayesinde drenaj, kaynak ve kanal alt tabakadan izole edilir; - bağlantı, uygulanan voltaj tarafından ters yönde önyargılıdır. Açıktır ki, genişliği ve kanal genişliği, transistörün boşaltma ve kaynak elektrotlarına göre alt tabakaya ilave voltaj uygulanarak değiştirilebilir. Bu nedenle, drenaj akımı sadece geçit voltajını değiştirerek değil, aynı zamanda alt tabaka voltajını değiştirerek de kontrol edilebilir. Bu durumda, MOS transistörünün kontrolü, bir kontrol bağlantısına sahip alan etkili bir transistörün kontrolüne benzer. Bir kanal oluşturmak için, daha büyük bir voltaj.

Ters katmanın kalınlığı, tükenmiş katmanın kalınlığından çok daha azdır. İkincisi yüzlerce - binlerce nm ise, indüklenen kanalın kalınlığı sadece 1-5 nm'dir. Başka bir deyişle, indüklenen kanalın delikleri yarı iletkenin yüzeyine "bastırılır"; bu nedenle, yarı iletken-yalıtkan arayüzünün yapısı ve özellikleri MOS transistörlerinde çok önemli bir rol oynar.

Kanalı oluşturan delikler, kanala yalnızca az sayıda bulunan ve nispeten yavaş üretildikleri -tipi alt tabakadan değil, aynı zamanda konsantrasyonlarının pratik olarak sınırsız olduğu kaynak ve drenajın -tipi katmanlarından da girerler. bu elektrotların yakınındaki alan gücü oldukça yüksektir.

Yerleşik kanallı transistörlerde, kapı voltajı sıfır olduğunda bile boşaltma devresindeki akım akacaktır. Bunu durdurmak için, kapıya kesme voltajına eşit veya ondan daha büyük bir pozitif voltaj (bir -tip kanal yapısı ile) uygulamak gerekir. Bu durumda, ters katmandaki delikler yarı iletkenin derinliğine neredeyse tamamen zorlanacak ve kanal kaybolacaktır. Negatif voltaj uygulandığında kanal genişler ve akım artar. Böylece. Yerleşik kanallara sahip MOS transistörleri, hem tükenme hem de zenginleştirme modlarında çalışır.

Pirinç. 2.43. Akım akışı sırasında değişen kanal genişliğine sahip MIS transistörünün yapısı (a); indüklenmiş (b) ve yerleşik (c) kanallarla çıkış özellikleri: I dik bölge; II - düz alan veya doygunluk alanı; III - arıza alanı; 1 - öğle yemeği katmanı

Kontrol bağlantılı alan etkili transistörler gibi, düşük voltajlarda (Şekil 2.43, b, c bölgesinde) MIS transistörleri, doğrusallaştırılmış kontrollü bir direnç gibi davranır. Voltaj arttıkça kanal genişliği, üzerindeki voltaj düşüşü ve ortaya çıkan elektrik alanındaki bir değişiklik nedeniyle azalır. Bu, özellikle kanalın drenajın yakınında bulunan kısmında belirgindir (Şekil 2.43, a). Akım tarafından oluşturulan voltaj düşüşleri, kanal boyunca elektrik alan gücünün eşit olmayan bir şekilde dağılmasına neden olur ve kanala yaklaştıkça artar. Gerilim altında, drenaja yakın kanal o kadar daralır ki, gerilimdeki bir artış kanalın genişliğinde bir azalmaya ve direncinde bir artışa neden olduğunda dinamik bir denge oluşur. Sonuç olarak, voltajdaki daha fazla artışla akım çok az değişir. Voltaja bağlı olarak kanal genişliğini değiştirmeye yönelik bu işlemler, kontrol p-n eklemli alan etkili transistörlerdeki ile aynıdır.

MIS transistörlerinin çıkış özellikleri, kontrollü alan etkili transistörlerin özelliklerine benzer (Şekil 2.43, b, c). Kırılma bölgesinin yanı sıra dik ve düz bölgelere ayrılabilirler. Dik bir bölgede, MIS transistörü elektrikle kontrol edilen bir direnç görevi görebilir. Düz bölge II genellikle yükseltici kaskadların yapımında kullanılır. MIS transistörlerinin akım-gerilim özelliklerinin analitik yaklaşımları çok uygun değildir ve mühendislik uygulamalarında nadiren kullanılır. Doygunluk bölgesindeki drenaj akımının yaklaşık tahminleri için denklemi kullanabilirsiniz.

Yerleşik kanallı transistörler için, voltaj işaretlerini değiştirir ve dikkate alırsak denklemler (2.79) kullanılabilir ve .. Belirli bir ölçüm modu için olan alan etkili bir transistörün parametrelerini karakterize ederler. Şekil l'deki eşdeğer devre ile temsil edilmektedir. 2.44, d Transistörün özelliklerini daha kötü yansıtır, ancak parametreleri bilinir veya kolayca ölçülebilir (giriş kapasitansı, kapasitans aracılığıyla, çıkış kapasitansı).

MIS transistörlerinin özelliklerinin eğimi için operatör denklemi, kontrol sinyalli alan etkili transistörlerle aynı forma sahiptir.Bu durumda, zaman sabiti 'dir. 5 μm'lik bir kanal uzunluğuna sahip tipik bir durumda, özelliğin eğiminin 0,7 kat azaldığı sınırlayıcı frekans birkaç yüz megahertz içinde yer alır.

Eşik voltajının ve kesme voltajının sıcaklığa bağımlılığı, Fermi seviyesinin konumundaki bir değişiklikten, tükenme bölgesindeki boşluk yükündeki bir değişiklikten ve sıcaklığın dielektrikteki yükün değeri üzerindeki etkisinden kaynaklanmaktadır. MOS transistörleri ayrıca, boşaltma akımının sıcaklıktan çok az etkilendiği, termal olarak kararlı bir çalışma noktasına sahiptir. Farklı transistörler için, termal olarak kararlı bir noktada boşaltma akımının değeri içindedir. MIS transistörlerinin bipolar transistörlere göre önemli bir avantajı, küçük sinyalleri değiştirirken aralarındaki düşük voltaj düşüşüdür. Bu nedenle, doyma modunda bipolar transistörlerde ise voltaj

Azalırken, sıfıra yakın bir değere düşürülebilir. Silikon dioksit dielektrikli MIS transistörleri yaygın olarak kullanıldığından, gelecekte onlara MOS transistörleri diyeceğiz.

Şu anda endüstri, örneğin iki yalıtımlı kapıya (tetrode) sahip MOSFET'ler de üretiyor. İkinci bir geçidin varlığı, çeşitli yükseltme ve çoğaltma cihazlarının yapımını kolaylaştıran iki kontrol voltajı kullanarak transistörün akımını aynı anda kontrol etmenizi sağlar. Özellikleri, tek kapılı alan etkili transistörlerin özelliklerine benzer, sadece sayıları daha büyüktür, çünkü her kapının voltajı için diğer kapıda sabit bir voltaj ile inşa edilirler. Buna göre, birinci ve ikinci kapıların karakteristik eğimi, birinci ve ikinci kapıların kesme voltajı vb. ayırt edilir.Kapılara voltaj uygulanması, tek kapılı bir MOSFET kapısına voltaj uygulanmasından farklı değildir.

Eşiği aşması gerekir. Aksi takdirde kanal görünmeyecek ve transistör kilitlenecektir.