Это полупроводниковый прибор содержащий два или более

Силовые транзисторы

Транзистором называют полупроводниковый прибор, содержащий два или более p-n-переходов и способный работать как в усилительных, так и в ключевых режимах.

В силовых электронных аппаратах транзисторы используются в качестве полностью управляемых ключей. В зависимости от сигнала управления транзистор может находиться в закрытом (низкая проводимость) или в открытом (высокая проводимость) состоянии.

В закрытом состоянии транзистор способен выдерживать прямое напряжение, определяемое внешними цепями, при этом ток транзистора имеет небольшое значение.

В открытом состоянии транзистор проводит прямой ток, определяемый внешними цепями, при этом напряжение между силовыми выводами транзистора мало. Транзисторы не способны проводить ток в обратном направлении и не выдерживают обратного напряжения.

По принципу действия различают следующие основные классы силовых транзисторов:

биполярные транзисторы,
полевые транзисторы, среди которых наибольшее распространение получили транзисторы типа металл-оксид-полупроводник (МОП) (MOSFET — metal oxide semiconductor field effect transistor),
полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом или транзисторы со статической индукцией (СИТ) (SIT — static induction transistor),
биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) (IGBT — insulated gate bipolar transistor).

Биполярные транзисторы состоят из трёх слоёв полупроводниковых материалов с различным типом проводимости. В зависимости от порядка чередования слоёв структуры различают транзисторы р-п-р- и n-p-n-типов. Среди силовых транзисторов широкое распространение получили транзисторы п-р-п-типа (рис. 1, a).

Средний слой структуры называется базой (В), внешний слой, инжектирующий (внедряющий) носители – эмиттером (Е), собирающий носители – коллектором (С). Каждый из слоев – база, эмиттер и коллектор – имеет вывод для соединения с элементами электрической схемы и внешними цепями. MOSFET-транзисторы. Принцип действия МОП – транзисторов основан на изменении электрической проводимости на границе диэлектрика и полупроводника под воздействием электрического поля.

Из структуры транзистора имеются следующие выводы: затвор (G), исток (S), сток (D), а также вывод от подложки (B), соединяемой обычно с истоком (рис. 1, b).

Принципиальным отличием МОП – транзисторов от биполярных транзисторов является то, что они управляются напряжением (полем, создаваемым этим напряжением), а не током. Основные процессы в МОП – транзисторах обусловлены одним типом носителей, что повышает их быстродействие.

Допустимые значения коммутируемых токов МОП – транзисторов существенно зависят от напряжения. При токах до 50 А допустимое напряжение обычно не превышает 500 В при частоте коммутации до 100 кГц.

Силовые транзисторы

Это разновидность полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом (рис. 6.6., c). Рабочая частота SIT-транзисторов обычно не превышает 100 кГц при напряжении коммутируемых цепей до 1200 В и токах до 200 – 400 А.

Стремление объединить в одном транзисторе положительные свойства биполярного и полевого транзисторов привело к созданию IGBT – транзистора (рис. 1., d).

IGBT – транзистор имеет низкие потери мощности во включенном состоянии подобно биполярному транзистору и высокое входное сопротивление цепи управления, характерное для полевого транзистора.

Условно-графические обозначения транзисторов

Рис. 1. Условно-графические обозначения транзисторов: a) – биполярный транзистор п-р-п-типа; b) – MOSFET-транзистор с каналом п-типа; c) – SIT-транзистор с управляющим p-n-переходом; d) – IGBT-транзистор.

IGBT-транзисторы

Коммутируемые напряжения силовых IGBT – транзисторов, так же как и биполярных, не более 1200 В, а предельные значения токов достигают нескольких сот ампер при частоте 20 кГц.

Приведённые выше характеристики обуславливают области применения различных типов силовых транзисторов в современных силовых электронных устройствах. Традиционно применялись биполярные транзисторы, основной недостаток которых заключается в потреблении значительного тока базы, что требовало мощного оконечного каскада управления и приводило к снижению КПД устройства в целом.

Затем были разработаны полевые транзисторы, более быстродействующие и потребляющие небольшие мощности из системы управления. Основным недостатком МОП – транзисторов являются большие потери мощности от протекания силового тока, что определяется особенностью статической ВАХ.

В последнее время лидирующее положение в области применения занимают IGBT – транзисторы, сочетающие в себе достоинства биполярных и полевых транзисторов. Предельная мощность SIT – транзисторов сравнительно невелика, поэтому широкого применения в силовой электронике они не нашли.

IGBT-транзисторы

Обеспечение безопасной работы силовых транзисторов

Главным условием надёжной работы силовых транзисторов является обеспечение соответствия обеспечения безопасности работы как статических, так и динамических вольтамперных характеристик, определяемых конкретными условиями работы.

Ограничениями, определяющими безопасность работы силовых транзисторов, являются:

максимально допустимое значение тока коллектора (стока);
допустимое значение рассеиваемой транзистором мощности;
максимально допустимое значение напряжения коллектор – эмиттер (сток – исток);

В импульсных режимах работы силовых транзисторов границы безопасности работы существенно расширяются. Это объясняется инерционностью тепловых процессов, вызывающих перегрев полупроводниковой структуры транзисторов.

Обеспечение безопасной работы силовых транзисторов

Динамические ВАХ транзистора во многом определяется параметрами коммутируемой нагрузки. Например, выключение активно – индуктивной нагрузки вызывает перенапряжения на ключевом элементе. Эти перенапряжения определяются ЭДС самоиндукции Um= -Ldi/dt, возникающей в индуктивной составляющей нагрузки при спадании тока до нуля.

Для исключения или ограничения перенапряжений при коммутации активно – индуктивной нагрузки применяются различные цепи формирования траектории переключения (ЦФТП), позволяющие сформировать желаемую траекторию переключения. В простейшем случае это может быть диод, шунтирующий активно – индуктивную нагрузку или RC-цепь, подключаемая параллельно стоку и истоку МОП – транзистора.

Категории товаров

Буры и сверла
Инструменты
- Инструмент WITTE
  - Отвертки
  - Рулетки
  - Уровни
  - Отвертки
  - Ключи,клещи
  - ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СНЯТИЯ ИЗОЛЯЦИИ
  - ПАССАТИЖИ, БОКОРЕЗЫ
  - Шпилька
  - Дюбель
    - Дюбель металлический для газобетона
    - Дюбель складной пружинный,крючок
    - Дюбель пластиковый
    - Черные /частый шаг/
    - Черные /редкий шаг/
    - Рамные
    - Забивной
    - Анкерный болт
    - Уголки
      - Анкерные
      - Усиленные
      - Скользящие
      - Ровносторонние
      - Уголки под 135 градусов
      - Обычные
      - Ассиметричные
      - Z-образные
      - tekfor
      - ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ ДЛЯ БАНИ И САУНЫ
      - ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
      - КРЫШНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
      - ПОТОЛОЧНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
      - ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ (РАДИАЛЬНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ)
      - ПЛАСТИКОВЫЕ ВОЗДУХОВОДЫ
      - АВТОМАТИКА ДЛЯ ВЕНТИЛЯЦИИ
      - ГИБКИЕ ВОЗДУХОВОДЫ ИЗ ПВХ
      - ВЫТЯЖНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
      - ОКОННЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
      - ОСЕВЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
      - КАНАЛЬНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
        
        ПРОМЫШЛЕННЫЕ И КОММЕРЧЕСКИЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
        
        ВЕНТИЛЯТОРЫ ДЛЯ КРУГЛЫХ КАНАЛОВ
        
        УВЛАЖНИТЕЛИ ВОЗДУХА, МОЙКИ ВОЗДУХА
        
        СУШКИ ДЛЯ РУК
        
        ОТОПИТЕЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ
        
        ИНФРАКРАСНЫЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
        
        АВТОМАТИКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ ЗАВЕС
        
        ГАЗОВЫЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
        
        ТЕПЛОВЫЕ ЗАВЕСЫ
        
        АРОМАТИЗАТОРЫ, ИОНИЗАТОРЫ
        
        ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛИ
        
        ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
        
        ТЕПЛОВЕНТИЛЯТОРЫ
        
        КОНВЕКТОРЫ
        
        ПАТРОНЫ
        
        ПОДРОЗЕТНИКИ
        
        АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
        
        ASD
        
        Дифференциальные автоматы ABB
        
        ABB
        
        EATON
        
        EKF
        
        LEGRAND
        
        EKF
        
        Кабель ШВВП
        
        Кабель ПВС
        
        ПВС 3-жилы
        
        ПВС 2-жилы
        
        КГ 5-жил
        
        КГ 4-жилы
        
        КГ 3-жилы
        
        КГ 2-жилы
        
        КГ 1-жила
        
        ВВГ 4-жилы
        
        ВВГ 3-жилы
        
        ВВГ 2-жилы
        
        ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
        
        МИНИ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
        
        BYLECTRICA
        
        РОЗЕТКИ ШТЕПСЕЛЬНЫЕ
        
        БЛОКИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОЧНЫЕ
        
        РАМКИ
        
        ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
        
        ВСТРАИВАЕМЫЕ
        
        НАКЛАДНЫЕ
        
        ВСТРАИВАЕМЫЕ
        
        НАКЛАДНЫЕ
        
        Выключатели
        
        Рамки
        
        Розетки
        
        РОЗЕТКИ
        
        РАМКИ
        
        ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
        
        ПОДЗЕМНЫЕ СВЕТИЛЬНИКИ
        
        ФИТОСВЕТ
        
        ПРОЖЕКТОРЫ
        
        СВЕТОДИОДНЫЕ
        
        ПАНЕЛИ ASD
        
        KRAULER LED
        
        LED ASD
        
        LED ЭРА
        
        МЕТАЛЛОГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ
        
        LED ЛАМПЫ
        
        LED ЭРА
        
        LED ASD
        
        УДЛИНИТЕЛИ, СЕТЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ
        
        ПЛИТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
        
        Реле напряжения
        
        RBUZ
        
        Осциллограф
        
        TESTBOY
        
        ОДНОФАЗНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ИНВЕРТОРНОГО ТИПА
        
        ТРЕХФАЗНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ТИПА
        
        БЫТОВЫЕ ОДНОФАЗНЫЕ ЦИФРОВЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ
        
        ОДНОФАЗНЫЕ ЦИФРОВЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОНИЖЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
        
        ОДНОФАЗНЫЕ ЦИФРОВЫЕ НАСТЕННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ
        
        СТАБИЛИЗАТОРЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ
        
        СТАБИЛИЗАТОРЫ РЕЛЕЙНЫЕ С ЦИФРОВЫМ ДИСПЛЕЕМ
        
        НАКОПИТЕЛЬНЫЕ
        
        ПРОТОЧНЫЕ
        
        НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ МАТЫ
        
        ОБОГРЕВ КРОВЛИ
        
        ТЕРМОРЕГУЛЯТОРЫ
        
        НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ
        
        ПЛЕНОЧНЫЙ ПОЛ
        
        Новости
        
        Акция в 2018 на кондиционеры
        
        Written on 10.05.2018
        
        Сегодня LEBERG – один из лидеров в производстве кондиционеров и теплового оборудования в Европе по соотношению цена-качество.
        
        Принимаем к оплате
        
        Оплата покупки производится в российских рублях,
        как в наличной, так и в безналичной форме,
        в зависимости от выбранного при оформлении
        заказа способа оплаты.
        
        Контакты
        
        Магазин электротоваров «Напарник»
        ул. Лазо 2Д (склад-магазин «Напарник»)
        
        Магазин электротоваров «Омега»
        ул. Ким Ю Чена, 24 / ул. Петра-Комарова, 12
        
        ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
        
        ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — общее название разнообразных приборов, действие которых основано на свойствах полупроводников (см.). К ним относятся нелинейные и отрицательные сопротивления (см.) (резисторы), полупроводниковые диоды (см.), транзисторы (см.), фоторезисторы, фотодиоды, фотоэлементы (см.) и их разновидности и др. П. п. служат для генерирования, усиления и преобразования (по роду тока, частоте и т.д.) электрических колебаний (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор), преобразования сигналов одного вида в др. (фоторезистор, фотодиод, фототранзистор) и одних видов энергии в др. (термоэлемент, термоэлектрический генератор, солнечная батарея и др.), а также для преобразования изображений, измерения электрических и механических величин и др. Достоинства П. п. по сравнению с электровакуумными приборами (см.) следующие: компактность, малые инерционность, потребляемая мощность, размеры и масса; значительно меньшее выделение теплоты в схеме; большие прочность, срок службы и надёжность. Их недостатками являются низкая стойкость к повышенным температурам и радиоактивным излучениям.
        
        К ст. Полупроводниковые приборы а) Высокочастотный сплавной диффузионный транзистор (1 — эмиттер; 2 — база; 3 — пластинка полупроводника; 4 — кристаллодержатель; 5 — баллон; 6 — проходной изолятор; 7 — вывод базы; 8 — вывод коллектора; 9 — вывод эмиттера); 6) включение транзистора по схеме с общей базой (р — область с проводимостью 1)-типа; п — область с проводимостью «-типа; г — сила тока; R_u — нагрузочный резистор)
        
        Большая политехническая энциклопедия. — М.: Мир и образование . Рязанцев В. Д. . 2011 .
        
        Смотреть что такое «ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ» в других словарях:
        
        ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — общее название разнообразных приборов, действие к рых основано на свойствах полупроводников, однородных (табл. 1) и неоднородных, содержащих p n переходы (см. ЭЛЕКТРОННО ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД) и гетеропереходы (табл. 2, 3). В П. п. используются разл.… … Физическая энциклопедия
        
        Полупроводниковые приборы — Полупроводниковые приборы, ППП широкий класс электронных приборов, изготавливаемых из полупроводников. К полупроводниковым приборам относятся: Интегральные схемы (микросхемы) Полупроводниковые диоды (в том числе варикапы, стабилитроны,… … Википедия
        
        Полупроводниковые приборы — ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ, электронные приборы, действие которых основано на электрических процессах в полупроводниках. К полупроводниковым приборам, предназначенным для генерирования, усиления и преобразования электрических колебаний, относятся… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
        
        ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. Служат для генерирования, усиления и преобразования (по роду тока, частоте и т. д.) электрических колебаний (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор) … Большой Энциклопедический словарь
        
        полупроводниковые приборы — электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. Служат для генерирования, усиления и преобразования (по роду тока, частоте и т. д.) электрических колебаний (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор) … Энциклопедический словарь
        
        полупроводниковые приборы — электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. Основой полупроводниковых приборов являются электронно дырочные переходы – область на границе между полупроводниками с р – и n – проводимостью. Служат для… … Энциклопедия техники
        
        Полупроводниковые приборы — Электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. В электронике (См. Электроника) П. п. служат для преобразования различных сигналов, в энергетике (См. Энергетика) для непосредственного… … Большая советская энциклопедия
        
        ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — электронные приборы, действие к рых осн. на электронных процессах в полупроводниках. Служат для генерирования, усиления и преобразования (по роду тока, частоте и т. д.) электрич. колебаний (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор),… … Большой энциклопедический политехнический словарь
        
        ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — электронные приборы, действие к рых основано на электронных процессах в полупроводниках. Служат для генерирования, усиления и преобразования (по роду тока, частоте и т.д.) электрич. колебаний (полупроводн. диод, транзистор, тиристор),… … Естествознание. Энциклопедический словарь
        
        S-приборы — полупроводниковые приборы, действие которых основано на S oбразной вольтамперной характеристике, на которой есть один (АВ) или несколько участков с отрицательным сопротивлением (См. Отрицательное сопротивление) (см. рис.). У… … Большая советская энциклопедия
        
        1.3. Силовые транзисторы
        
        Транзистор — это полупроводниковый прибор, содержащий два или более p—n-переходов и работающий как в усилительных, так и в ключевых режимах. В силовых электронных устройствах транзисторы используются в качестве полностью управляемых ключей [3]. В зависимости от значения сигнала управления транзистор может находиться в закрытом (выключенном) или в открытом (включенном) состояниях. Состояние транзистора зависит только от наличия сигнала управления.
        
        По принципу действия различают следующие основные виды силовых транзисторов:
        
        биполярные;
        
        полевые, среди которых наиболее распространены МОП- транзисторы типа металл-оксид-полупроводник ( MOSFET – metal oxide semiconductor field effect transistor);
        
        полевые с управляющим p—n-переходом, или СИТ- транзисторы со статической индукцией, (SIT – static induction transistor);
        
        биполярные транзисторы с изолированным затвором МОПБТ (англ. IGBT – insulated gate bipolar transistor).
        
        Биполярные транзисторы. Структура транзисторов состоит из трех слоев полупроводниковых материалов с различным типом электропроводимости. В зависимости от порядка чередования слоев полупроводника различают транзисторы типов р- п- р и п- р- п. Устройство и характеристики транзисторов подробно изучаются в дисциплине «Электроника». Из принципа действия биполярных транзисторов следует, что токи эмиттера и коллектора зависят от значения тока базы (управления). Следовательно, биполярные транзисторы являются электронными ключами, которые управляются током. Биполярные транзисторы на ток 50 А и более рассчитаны на напряжение менее 1 000 В и частоту коммутации до 10 кГц. В интегральном исполнении по схеме Дарлингтона, составленной из двух и более транзисторов, номинальные токи транзисторов могут достигать нескольких сотен ампер. МОП- транзисторы. Принцип действия транзисторов основан на изменении электрической проводимости на границе диэлектрика и полупроводника под воздействием электрического поля. В качестве диэлектрика используются оксиды, например это диоксид кремния SiO₂. На рис. 1.10 изображены структуры и символы МОП- транзисторов с каналами n-типа. Различают МОП- транзисторы с индуцированным и встроенным каналами. Эти типы транзисторов имеют следующие выводы: сток (D), исток (S), затвор (G), и вывод от подложки (В), соединяемой с истоком. В зависимости от типа электрической проводимости канала различают транзисторы с п- и p-типами каналов. Для понижения сопротивления областей, соединенных с выводами транзистора, их выполняют с повышенным содержанием носителей заряда. Такие слои обозначают дополнительным верхним индексом, например — типа. В МОП- транзисторах с индуцированным каналом последний образуется только при подаче напряжения соответствующей полярности на управляющий затвор относительно объединенных выводов истока и подложки. В транзисторах со встроенным каналом ток в цепи сток — исток протекает и при отсутствии напряжения на затворе. аб Рис. 1.10. Структуры и символы МОП- транзисторов с проводящим каналом n-типа: а — с индуцированным каналом; б — со встроенным каналом Принципиальным отличием МОП — транзисторов от биполярных является то, что они управляются напряжением (электростатическим полем, создаваемым этим напряжением), а не током. Основные процессы в МОП- транзисторах обусловлены одним типом носителей заряда, что повышает их быстродействие, поэтому МОП- транзисторы называются униполярными транзисторами.Для увеличения мощности МОП- транзистора были созданы многоячейковые структуры. Обычно МОП- транзисторы рассчитаны на напряжение не более 600 В, но чаще используются при напряжении менее 100 В и токах до 50 А. Одной из причин, ограничивающих повышение рабочего напряжения, является необходимость утолщения полупроводниковых слоев транзистора для обеспечения его электрической прочности. В результате значительно возрастает резистивное сопротивление транзистора в проводящем состоянии (до 1 Ом в полностью открытом состоянии), что создает значительное падение напряжения и увеличивает выделяемую мощность. Новым решением этой задачи стало создание Cool-MOS-транзисторов с измененной топологией структуры, что позволило снизить значение более чем на два порядка. МОП – транзисторы являются высокочастотными и работают на частотах 100 кГц и выше. Плотность упаковки современных низковольтных MOSFET достигает в настоящее время 100 млн элементарных ячеек на квадратный дюйм. Для высоковольтных MOSFET реальной революцией была технология создания суперперехода, реализованная Infineon Technology в семействе высоковольтных MOSFET- CoolMOS™. Поэтому высоковольтные MOSFET будут иметь все большее значение в диапазоне напряжений от 500 до 1200 В. В течение ближайших пяти лет на рынке могут появиться полевые транзисторы, управляемые p—n-переходом (VJFET) на базе карбида кремния (SiC). Также имеется потенциал для использования в качестве быстрых и стойких высоковольтных ключей каскодных соединений SiC — MOSFET. СИТ. Полевые транзисторы выполняются с коротким вертикальным каналом, отделенным от управляющей цепи р— n-переходом (рис. 1.11). При отсутствии напряжения на затворе сопротивление канала СИТ минимально и он находится в открытом состоянии. При подаче на затвор положительного относительно истока потенциала толщина канала уменьшается и его сопротивление увеличивается, что позволяет управлять током в цепи сток — исток. Рис. 1.11. Структура и символ СИТ В транзисторе со статической индукцией p—n-переход смещен в обратном направлении и управление электрическим полем позволяет изменять значение заряда барьерной емкости этого перехода при незначительном потреблении мощности. Структура СИТ обладает высоким быстродействием и значением коммутируемого тока при многоканальном исполнении. Рабочая частота СИТ обычно ограничивается 100 кГц при напряжениях коммутируемой цепи до 1200 В. Коммутируемые токи достигают нескольких сотен ампер. МОПБТ. Стремление объединить в одном транзисторе положительные свойства биполярного и полевого транзисторов привело к созданию МОПБТ или IGBT (рис. 1.12). Выполненный в одном кристалле, он имеет низкие потери мощности во включенном состоянии подобно биполярному транзистору и высокое входное сопротивление цепи управления, характерное для полевого транзистора. Структура МОПБТ во многом подобна структуре МОП- транзистора. Разница заключается в наличии нижнего слоя с проводимостью р + — типа, который придает МОПБТ свойства биполярного транзистора. Выходная цепь МОПБТ состоит из биполярного транзистора типа р- п- р, а дополнительному р—n-переходу соответствует транзистор п- р- п- типа.бв Рис. 1.12. Структура (а), эквивалентная схема (б) и символ (в) МОПБТ Транзисторы МОПБТ на базе одного большого кристалла — это прибор с рабочим током до 100 А и напряжением 3000 В. IGBT будут оставаться «рабочей лошадкой» силовой электроники как минимум в течение следующих десятилетий. Блокирующее напряжение увеличится до 8000 В. Технология утопленного канала (trench- gate), развитая в настоящее время для IGBT на 600 и 1200 В, распространится на все классы напряжений до 8 кВ. В настоящее время параллельное включение кристаллов в одном корпусе позволило создать модули на ток 1 кА и напряжение более 4,5 кВ.
        
        Это полупроводниковый прибор содержащий два или более
        
        Диод — полупроводниковый прибор, пропускающий электрический ток только одного направления и имеющий два вывода для включения в электрическую цепь.
        
        Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор p-n- переходом. Рабочий элемент- кристалл германия, обладающий проводимостью n–типа за счёт небольшой добавки донорной примеси Для создания в нём p-n-переходов в одну из его поверхностей вплавляют индий. Вследствие диффузии атомов индия вглубь монокристалла германия у поверхности германия образуется область р-типа. Остальная часть германия по-прежнему остаётся n- типа. Между этими двумя областями возникает р-n-переход. Для предотвращения вредных воздействий воздуха и света кристалл германия помещают в герметический корпус. устройство и схематическое изображение полупроводникового диода :
        
        VD
        
        Достоинствами полупроводниковых диодов являются малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность; недостатком — зависимость их параметров от температуры.
        
        Вольт — амперная характеристика диода (при большом напряжении сила тока достигает наибольшей величины- ток насыщения) имеет нелинейный характер, поэтому свойства диода оцениваются крутизной характеристики:
        
        Свойства p-n-пеpехода можно использовать для создания усилителя электрических колебаний, называемого полупроводниковым триодом или транзистором.
        
        В полупроводниковом триоде две p-области кристалла разделяются узкой n-областью. Такой триод условно обозначают p-n-p. Можно делать и n-p-n триод, т.е. разделять две n-области кристалла узкой p-областью (рис.).
        
        Триод p—n—p типа состоит из трех областей, крайние из которых обладают дырочной проводимостью, а средняя -электронной. К этим трем областям триода делаются самостоятельные контакты э, б и к, что позволяет подавать разные напряжения на левый p-n-пеpеход между контактами э и б и на правый n-p-пеpеход между контактами б и к.
        
        Если на правый переход подать обратное напряжение, то он будет заперт и через него будет протекать очень малый обратный ток. Подадим теперь прямое напряжение на левый p-n-пеpеход, тогда через него начнёт проходить значительный прямой ток.
        
        Одна из областей триода, например левая, содержит обычно в сотни раз большее количество примеси p-типа, чем количество n-пpимеси в n-области. Поэтому прямой ток через p-n-пеpеход будет состоять почти исключительно из дырок, движущихся слева направо. Попав в n-область триода, дырки, совершающие тепловое движение, диффундируют по направлению к n-p-переходу, но частично успевают претерпеть рекомбинацию со свободными электронами n-области. Но если n-область узка и свободных электронов в ней не слишком много (не ярко выраженный проводник n-типа), то большинство дырок достигнет второго перехода и, попав в него, переместится его полем в правую p-область. У хороших триодов поток дырок, проникающих в правую p-область, составляет 99% и более от потока, проникающего слева в n-область.
        
        Если при отсутствии напряжения между точками з и б обратный ток в n-p-переходе очень мал, то после появления напряжения на зажимах з и б этот ток почти так же велик, как прямой ток в левом переходе. Таким способом можно управлять силой тока в правом (запертом) n-p-переходе с помощью левого p-n-перехода. Запирая левый переход, мы прекращаем ток через правый переход; открывая левый переход, получаем ток в правом переходе. Изменяя величину прямого напряжения на левом переходе, мы будем изменять тем самым силу тока в правом переходе. На этом и основано применение p-n-p-триода в качестве усилителя.
        
        При работе триода (рис) к правому переходу подключается сопротивление нагрузки R и с помощью батареи Б подаётся обратное напряжение (десятки вольт), запирающее переход. При этом через переход протекает очень малый обратный ток, а всё напряжение батареи Б прикладывается к n-p-переходу. На нагрузке же напряжение равно нулю. Если подать теперь на левый переход небольшое прямое напряжение, то через него начнёт протекать небольшой прямой ток. Почти такой же ток начнёт протекать и через правый переход, создавая падения напряжения на сопротивлении нагрузки R. Напряжение на правом n-p-переходе при этом уменьшается, так как теперь часть напряжения батареи падает на сопротивлении нагрузки.
        
        При увеличении прямого напряжения на левом переходе увеличивается ток через правый переход и растёт напряжение на сопротивлении нагрузки R. Когда левый p-n-переход открыт, ток через правый n-p-переход делается настолько большим, что значительная часть напряжения батареи Б падает на сопротивлении нагрузки R.
        
        Таким образом, подавая на левый переход прямое напряжение, равное долям вольта, можно получить большой ток через нагрузку, причём напряжение на ней составит значительную часть напряжения батареи Б, т.е. десятки вольт. Меняя напряжение, подводимое к левому переходу, на сотые доли вольта, мы изменяем напряжение на нагрузке на десятки вольт. таким способом получают усиление по напряжению.
        
        Усиления по току при данной схеме включения триода не получается, так как ток, идущий через правый переход, даже немного меньше тока, идущего через левый переход. Но вследствие усиления по напряжению здесь происходит усиление мощности. В конечном счете усиление по мощности происходит за счёт энергии источника Б.
        
        Действие транзистора можно сравнить с действием плотины. С помощью постоянного источника (течения реки) и плотины создан перепад уровней воды. Затрачивая очень небольшую энергию на вертикальное перемещение затвора, мы можем управлять потоком воды большой мощности, т.е. управлять энергией мощного постоянного источника.
        
        Переход, включаемый в проходном направлении (на рисунках — левый), называется эмиттерным, а переход, включаемый в запирающем направлении (на рисунках — правый) — коллекторным. Средняя область называется базой, левая — эмиттером, а правая — коллектором. Толщина базы составляет лишь несколько сотых или тысячных долей миллиметра.
        
        Срок службы полупроводниковых триодов и их экономичность во много раз больше, чем у электронных ламп. За счёт чего транзисторы нашли широкое применение в микроэлектронике — теле-, видео-, аудио-, радиоаппаратуре и, конечно же, в компьютерах. Они заменяют электронные лампы во многих электрических цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры.
        
        Преимущества транзисторов по сравнению с электронными лампами — те же, как и у полупроводниковых диодов — отсутствие накалённого катода, потребляющего значительную мощность и требующего времени для его разогрева. Кроме того транзисторы сами по себе во много раз меньше по массе и размерам, чем электрические лампы, и транзисторы способны работать при более низких напряжениях.
        
        Но наряду с положительными качествами, триоды имеют и свои недостатки. Как и полупроводниковые диоды, транзисторы очень чувствительны к повышению температуры, электрическим перегрузкам и сильно проникающим излучениям (чтобы сделать транзистор более долговечным, его запаковывают в специальный “футляр”).
        
        Основные материалы из которых изготовляют триоды — кремний и германий.
        
        Полевые МДП транзисторы.
        
        Полевым транзистором (ПТ) называют трехэлектродный полупроводниковый прибор, в котором электрический ток создают основные носители заряда под действием продольного электрического поля, а управление током осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением на управляющем электроде.
        
        В последние годы большое место в электронике заняли приборы, использующие явления в приповерхностном слое полупроводника. Основным элементом таких приборов является структура Металл-Диэллектрик-Полупроводник /МДП/. В качестве диэлектрической прослойки между металлом и полупроводником часто используют слой оксида, например диоксид кремния. Такие структуры носят название МОП-структур. Металлический электрод обычно наносят на диэлектрик вакуумным распылением. Этот электрод называется затвором.
        
        ПТ являются униполярными полупроводниковыми приборами, так как их работа основана на дрейфе носителей заряда одного знака в продольном электрическом поле через управляемый канал n- или p-типа. Управление током через канал осуществляется поперечным электрическим полем, а не током, как в биполярных транзисторах. Поэтому такие транзисторы называются полевыми.
        
        Полевые транзисторы с затвором в виде p-n перехода в зависимости от канала делятся на ПТ с каналом p-типа и n-типа. Канал p-типа обладает дырочной проводимостью, а n-типа – электронной.
        
        Если на затвор подать некоторое напряжение смещения относительно полупроводника , то у поверхности полупроводника возникает область объемного заряда, знак которой противоположен знаку заряда на затворе. В этой области концентрация носителей тока может существенно отличаться от их объемной концентрации.
        
        Заряжение приповерхностной области полупроводника приводит к появлению разности потенциалов между нею и объемом полупроводника и, следовательно, к искривлению энергетических зон. При отрицательном заряде на затворе, энергетические зоны изгибаются вверх, так как при перемещении электрона из объема на поверхность его энергия увеличивается. Если затвор заряжен положительно то зоны изгибаются вниз.
        
        Hа рисунке показана зонная структура n-полупроводника при отрицательном заряде на затворе и приведены обозначения основных величин, характеризующих поверхность; разность потенциалов между поверхностью и объемом полупроводника; изгиб зон у поверхности; середина запрещенной зоны. Из рисунка видно, что в объеме полупроводника расстояние от дна зоны проводимости до уровня Ферми меньше расстояния от уровня Ферми до потолка валентной зоны. Поэтому равновесная концентрация электронов больше концентрации дырок: как и должно быть у n-полупроводников. В поверхностном слое объемного заряда происходит искривление зон и расстояния от дна зоны проводимости до уровня Ферми по мере перемещения к поверхности непрерывно увеличивается, а расстояние до уровня Ферми до потолка валентной зоны непрерывно уменьшается.
        
        Часто изгиб зон у поверхности выражают в единицах kT и обозначают Ys. Тогда при формировании приповерхностной области полупроводника могут встретиться три важных случая: обеднение, инверсия и обогащение этой области носителями заряда. Эти случаи для полупроводников n- и p-типа представлены на рис.
        
        Обедненная область появляется в том случае, когда заряд затвора по знаку совпадает со знаком основных носителей тока. Вызванный таким зарядом изгиб зон приводит к увеличению расстояния от уровня Ферми до дна зоны проводимости в полупроводнике n-типа и до вершины валентной зоны в полупроводнике p-типа. Увеличение этого расстояния сопровождается обеднением приповерхностной области основными носителями. При высокой плотности заряда затвора, знак которого совпадает со знаком заряда основных носителей, по мере приближения к поверхности расстояние от уровня Ферми до потолка валентной зоны в полупроводнике n-типа оказывается меньше расстояния до дна зоны проводимости. Вследствие этого, концентрация не основных носителей заряда /дырок/ у поверхности полупроводника становится выше концентрации основных носителей и тип проводимости этой области изменяется, хотя и электронов и дырок здесь мало, почти как в собственном полупроводнике. У самой поверхности, однако, не основных носителей может быть столько же или даже больше, чем основных в объеме полупроводника. Такие хорошо проводящие слои у поверхности с типом проводимости, противоположным объемному, называют инверсионными. К инверсионному слою вглубь от поверхности примыкает слой обеднения.
        
        Если знак заряда затвора противоположен знаку заряда основных носителей тока в полупроводнике, то под его влиянием происходит притяжение к поверхности основных носителей и обогащение ими приповерхностного слоя. Такие слои называются обогащенными.
        
        В интегральной электронике МДП-структуры широко используются для создания транзисторов и на их основе различных интегральных микроcхем. На рис. схематически показана структура МДП-транзистора с изолированным затвором. Транзистор состоит из кристалла кремния /например n-типа/, у поверхности которого диффузией /или ионной имплантацией/ в окна в оксиде формируются р-области, как показано на рис. Одну из этих областей называют истоком, другую — стоком. Сверху на них наносят омические контакты. Промежуток между областями покрывают пленкой металла, изолированной от поверхности кристалла слоем оксида. Этот электрод транзистора называют затвором. Hа границе между р- и n-областями возникают два р-n-перехода — истоковый и стоковый, которые на рисунке. показаны штриховкой.
        
        Hа рис. приведена схема включения транзистора в цепь: к истоку подсоединяют плюс, к стоку — минус источника напряжения, к затвору — минус источника. Для простоты рассмотрения будем считать, что контактная разность потенциалов, заряд в оксиде и поверхностные состояния отсутствуют. Тогда свойства поверхностной области, в отсутствие напряжения на затворе, ничем не отличаются от свойств полупроводников в объеме. Сопротивление между стоком и истоком очень велико, так как стоковый р-n-переход оказывается под обратным смещением. Подача на затвор отрицательного смещения сначала приводит к образованию под затвором обедненной области, а при некотором напряжении называемом пороговым, — к образованию инверсионной области, соединяющей p-области истока и стока проводящим каналом. При напряжениях на затворе выше канал становится шире, а сопротивление сток-исток — меньше. Рассматриваемая структура является, таким образом, управляемым резистором.
        
        Однако сопротивление канала определяется только напряжением на затворе лишь при небольших напряжениях на стоке. С увеличением носители из канала уходят в стоковую область, обедненный слой у стокового n-p-перехода расширяется и канал сужается. Зависимость тока от напряжения на стоке становится нелинейной.
        
        При сужении канала число свободных носителей тока под затвором уменьшается по мере приближения к стоку. Чтобы ток в канале был одним и тем же в любом его сечении, электрическое поле вдоль канала должно быть, в таком случае, неоднородным, его напряженность должна расти по мере приближения к стоку. Кроме того, возникновение градиента концентрации свободных носителей тока вдоль канала приводит к возникновению диффузионной компоненты плотности тока.
        
        При некотором напряжении на стоке канал у стока перекрывается, при еще большем смещении канал укорачивается к истоку. Перекрытие канала однако не приводит к исчезновению тока стока, поскольку в обедненном слое, перекрывшем канал, электрическое поле тянет дырки вдоль поверхности. Когда носители тока из канала вследствие диффузии попадают в эту область, они подхватываются полем и перебрасываются к стоку. Таким образом, по мере увеличения напряжения на стоке чисто дрейфовый механизм движения носителей тока вдоль канала сменяется диффузионно-дрейфовым.
        
        Механизм протекания тока в МДП-транзисторе при сомкнутом канале имеет некоторые общие черты с протеканием тока в обратно-смещенном n-p-переходе. Напомним, что в n-p-переходе неосновные носители тока попадают в область пространственного заряда перехода вследствие диффузии и затем подхватываются его полем.
        
        Как показывают теория и эксперимент, после перекрытия канала ток стока практически насыщается. Значение тока насыщения зависит от напряжения на затворе чем выше, тем шире канал и тем больше ток насыщения. Это типично транзисторный эффект — напряжением на затворе (во входной цепи) можно управлять током стока (током в выходной цепи). Характерной особенностью МДП-транзисторов является то, что его входом служит конденсатор, образованный металлическим затвором, изолированным от полупроводника.
        
        На границе раздела полупроводник — диэлектрик в запрещенной зоне полупроводника существуют энергетические состояния, называемые поверхностными или, точнее, состояниями граници раздела. Волновые функции электронов в этих состояниях локализованы вблизи поверхности раздела в областях порядка постоянной решетки. Причина возникновения рассматриваемых состояний состоит в неидеальности граници раздела полупроводник — диэллектрик (оксид). На реальных границах раздела всегда имеется некоторое количество оборванных связей и нарушается стехиометрия состава оксидной пленки диэллектрика. Плотность и характер состояний граници раздела существенно зависят от технологии создания диэллектрической пленки.
        
        Наличие поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-диэллектрик отрицательно сказывается на параметрах МДП-транзистора, так как часть заряда, наведенного под затвором в полупроводнике, захватывается на эти состояния. Успех в создании полевых транзисторов рассматриваемого типа был достигнут после отработки технологии создания пленки на поверхности кремния с малой плотностью состояний границы раздела.
        
        В самом оксиде кремния всегда существует положительный «встроенный» заряд, природа которого до сих пор до конца не выяснена. Значение этого заряда зависит от технологии изготовления оксида и часто оказывается настолько большим, что если в качестве подложки используется кремний р-типа проводимости, то у его поверхности образуется инверсионный слой уже при нулевом смещении на затворе. Такие транзисторы называются транзисторами со ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ. Канал в них сохраняется даже при подаче на затвор некоторого отрицательного смещения. В отличие от них в транзисторах, изготовленных на n-подложке, в которой для образования инверсионного слоя требуется слишком большой заряд оксида, канал возникает только при подаче на затвор напряжения, превышающего некоторое пороговое напряжение. По знаку это смещение на затворе должно быть отрицательным для транзисторов с n-подложкой и положительным в случае p-подложки.
        
        Входное сопротивление полевых транзисторов на низких частотах является чисто емкостным. Входная емкость образуется затвором и не перекрытой частью канала со стороны истока. Так как для заряда этой емкости ток должен протекать через не перекрытую часть канала с сопротивлением, то собственная постоянная времени транзистора равна. Это время, однако, очень мало, и в интегральных схемах, применяемых, например, в цифровой вычислительной технике, длительность переходных процессов определяется не им, а паразитными емкостями схемы и входными емкостями других транзисторов, подключенных к выходу данного. Вследствие этого при изготовлении таких схем стремятся сделать входную емкость как можно меньшей за счет уменьшения длинны канала и строгого совмещения границ затвора с границами стока и истока.
        
        При больших напряжениях на стоке МДП-транзистора область объемного заряда от стоковой области может распространиться настолько сильно, что канал вообще исчезнет. Тогда к стоку устремятся носители из сильно легированной истоковой области, точно так же как при «проколе» базы биполярного транзистора.
        
        «Твердотельная электроника» Г.И.Епифанов, Ю.А.Мома.
        
        “ Электроника и Микросхемотехника” В.А. Скаржепа, А.Н. Луценко.
        
        Похожие публикации:
        
        Вращение в 3d max
        
        Какая операция называется конъюнкцией не и или
        
        План земляных масс в каком разделе пд
        
        По виду преобразования энергии эп делят на группы