В полевых транзисторах (FETS) режим истощения и режим расширения - это два основных типа транзисторов, соответствующие тому, находится ли транзистор во включенном или выключенном состоянии при нулевом напряжении затвор-исток.
МОП-транзисторы с расширенным режимом работы (полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник) являются обычными переключающими элементами в большинстве интегральных схем. Эти устройства выключены при нулевом напряжении затвор-исток. NMOS можно включить, подняв напряжение затвора выше, чем напряжение источника, PMOS можно включить, опустив напряжение затвора ниже, чем напряжение источника. В большинстве схем, это означает тянущие усиление режима напряжения на затворе MOSFET по отношению к его дренажного напряжения превращает его ВКЛ .
В режиме истощения MOSFET устройство обычно включено при нулевом напряжении затвор-исток. Такие устройства используются в качестве «резисторов» нагрузки в логических схемах (например, в логике NMOS с пониженной нагрузкой). Для устройств с истощающей нагрузкой N-типа пороговое напряжение может составлять около –3 В, поэтому его можно выключить, сняв напряжение затвора на 3 В с отрицательной полярностью (сток, для сравнения, более положительный, чем исток в NMOS). В PMOS полярность обратная.
Режим может быть определен по знаку порогового напряжения (напряжение затвора относительно напряжения источника в точке, где инверсионный слой только формируется в канале): для полевого транзистора N-типа устройства расширенного режима имеют положительные пороги и истощение. -режимные устройства имеют отрицательные пороги; для полевого транзистора P-типа, отрицательный режим улучшения, положительный режим истощения.
| NMOS | PMOS | |
|---|---|---|
| Режим улучшения | V d > V s (тип.) ВКЛ: V g ≥ V s + 3V ВЫКЛ: V g ≤ V s | V d < V s (тип.) ВКЛ .: V g ≤ V s - 3 В ВЫКЛ .: V g ≥ V s |
| Режим истощения | V d > V s (тип.) ВКЛ: V g ≥ V s ВЫКЛ: V g ≤ V s - 3 В | V d < V s (тип.) ВКЛ: V g ≤ V s ВЫКЛ: V g ≥ V s + 3 В |
Эффект поля перехода - транзисторы (JFET) находятся в режиме истощения, так как переход затвора будет смещать вперед, если затвор будет взят больше, чем немного от истока к напряжению стока. Такие устройства используются в чипах из арсенида галлия и германия, где сложно изготовить оксидный изолятор.
Альтернативная терминология [ править ]
Некоторые источники называют «тип истощения» и «тип улучшения» для типов устройств, описанных в этой статье, как «режим истощения» и «режим улучшения», и применяют термины «режим», для которых направление напряжения затвор-исток отличается от нуля. . [1] Перемещение напряжения затвора к напряжению стока «увеличивает» проводимость в канале, таким образом, это определяет режим улучшения работы, в то время как перемещение затвора от стока истощает канал, поэтому это определяет режим истощения.
Семейства логики увеличения нагрузки и истощения [ править ]
Логика NMOS с истощением нагрузки относится к семейству логических схем, которое стало доминирующим в кремниевых СБИС во второй половине 1970-х годов; процесс поддерживал как транзисторы в режиме улучшения, так и в режиме истощения, а в типичных логических схемах использовались устройства режима улучшения в качестве переключателей с понижением напряжения и устройства с режимом истощения в качестве нагрузок или повышающих напряжений. Семейства логических схем, построенные в более старых процессах, которые не поддерживали транзисторы в режиме обеднения, ретроспективно назывались логикой расширенной нагрузки или логикой насыщенной нагрузки , поскольку транзисторы режима расширения обычно подключались затвором к источнику V DD и работали в область насыщения (иногда ворота смещены к более высокому V GGнапряжение и работает в линейной области для лучшего продукта задержки мощности (PDP), но тогда нагрузки занимают большую площадь). [2] В качестве альтернативы, вместо статических логических вентилей, динамическая логика, такая как четырехфазная логика, иногда использовалась в процессах, в которых не было доступных транзисторов с режимом истощения.
Например, Intel 4004 1971 года использовала логику PMOS с кремниевым затвором с увеличивающейся нагрузкой , а Zilog Z80 1976 года использовала NMOS с кремниевым затвором с истощающей нагрузкой.
История [ править ]
Первый МОП-транзистор ( полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), продемонстрированный египетским инженером Мохамедом М. Аталлой и корейским инженером Давоном Кангом в Bell Labs в 1960 году, был кремниевым полупроводниковым устройством в режиме улучшения . [3] В 1963 году полевые МОП-транзисторы в режиме истощения и улучшения были описаны Стивом Р. Хофштейном и Фредом П. Хейманом из RCA Laboratories . [4] В 1966 году Т.П. Броуди и Х. Э. Куниг из Westinghouse Electric изготовили тонкопленочные МОП -транзисторы (TFT) на основе арсенида индия (InAs) с усилением и обеднением . [5][6]
Ссылки [ править ]
- ^ Джон Дж. Адамс (2001). Освоение верстака электроники . McGraw-Hill Professional. п. 192 . ISBN 978-0-07-134483-8.
- ^ Джерри К. Уитакер (2005). Микроэлектроника (2-е изд.). CRC Press. п. 6-7–6-10. ISBN 978-0-8493-3391-0.
- ^ С, Чжи-Tang (октябрь 1988). «Эволюция МОП-транзистора - от концепции до СБИС» (PDF) . Труды IEEE . 76 (10): 1280–1326 (1293). DOI : 10.1109 / 5.16328 . ISSN 0018-9219 .
- ^ Хофштейн, Стив Р .; Хейман, Фред П. (сентябрь 1963 г.). «Кремниевый полевой транзистор с изолированным затвором». Труды IEEE . 51 (9): 1190–1202. DOI : 10.1109 / PROC.1963.2488 .
- ^ Вудалл, Джерри М. (2010). Основы полупроводниковых МОП-транзисторов III-V . Springer Science & Business Media . С. 2–3. ISBN 9781441915474.
- ^ Brody, TP; Куниг, HE (октябрь 1966 г.). «ТОНКОПЛЕННЫЙ ТРАНЗИСТОР InAs с высоким коэффициентом усиления». Письма по прикладной физике . 9 (7): 259–260. DOI : 10.1063 / 1.1754740 . ISSN 0003-6951 .
