ترانزیستورها

مقدمه:

ترانزیستور عنصر فعال کلیدی در الکترونیک مدرن است. اهمیت ترانزیستور در جامعه امروز متکی به قابلیت آن برای تولید انبوه که از یک فرایند (ساخت) کاملاً اتوماتیک که قیمت تمام شده هر ترانزیستور در آن بسیار ناچیز است استفاده می‌کند. اگرچه میلیون‌ها ترانزیستور هنوز تکی (به صورت جداگانه) استفاده می‌شوند ولی اکثریت آنها به صورت مدار مجتمع (اغلب به صورت مختصر IC و همچنین میکرو چیپ یا به صورت ساده چیپ نامیده می‌شوند) همراه با دیودها، مقاومت‌ها، خازن‌ها و دیگر قطعات الکترونیکی برای ساخت یک مدار کامل الکترونیک ساخته می‌شوند. یک گیت منطقی حاوی حدود بیست ترانزیستور است در مقابل یک ریزپردازنده پیشرفته سال ۲۰۰۶ که می‌تواند از بیش از ۷/۱ میلیون ترانزیستور استفاده کند (ماسفت‌ها).

عمل کرد

ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌ پایه می‌باشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایه‌های آن میزان جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را می‌توان تنظیم کرد. برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط المانهای دیگر مانند مقاومتها و… جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.

انواع ترانزیستور 

دو دسته مهم از ترانزیستورها ترانزیستور دوقطبی پیوندی (BJT) (Bipolar Junction Transistors) و ترانزیستور اثر میدان (FET) (Field Effect Transistors) هستند.

ترانزیستورهای اثر میدان نیز خود به دو دستهٔ ترانزیستور پیوند اثر میدانی  JFET و

ماسفت ها = Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor تقسیم می‌شوند. که در ادامه به شرح همه ی آن ها می پردازیم.

ترانزیستور دو قطبی – پیوند

در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه بیس جریان عبوری از دوپایه کلکتور و امیتر کنترل می‌شود. ترانزیستورهای دو قطبی پیوندی در دو نوع npn و pnp ساخته می‌شوند. بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود. امروزه بجای استفاده از مقاومت و خازن و… در مدارات مجتمع تماماً از ترانزیستور استفاده می‌کنند.

انواع ترانزیستور پیوندی : npn , pnp

pnp

شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفره‌ها با جهت جریان یکی است.

npn

شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است. پس از درک ایده‌های اساسی برای قطعهٔ pnp می‌توان به سادگی آنها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.

ترانزیستور پیوند اثر میدانی JFET

در ترانزیستورهای پیوند اثر میدانی (JFET) در اثر میدان، با اعمال یک ولتاژ به پایه گیت میزان جریان عبوری از دوپایه سورس و درین کنترل می‌شود. ترانزیستور اثر میدانی به دو نوع تقسیم می‌شود: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Type. از دیدگاهی دیگر این ترانزیستورها در دو نوع افزایشی و تخلیه‌ای ساخته می‌شوند. نواحی کار این ترانزیستورها شامل «فعال» و «اشباع» و «ترایود» است این ترانزیستورها تقریباً هیچ استفاده‌ای ندارند چون جریان دهی آنها محدود است و به سختی مجتمع می‌شوند.

ترانزیستور اثر میدان پیوندی یا JFET = Junction Field Effect Transistor

ساختمان JFET با کانال N

این ترانزیستور از یک کریستال نوع N تشکیل شده است که یک فلز ۳ ظزفیتی مانند ایندیم را به گونه ای نفوذ می دهند که یک ناحیه نوع p با غلظتی بیش از ناحیه n تشکیل شود تا یک پیوند PN بوجود آید. در این حالت ناحیه N را کانال و نیمه هادی نوع P را دروازه یا گیت ( Gate )       می نامند. با اتصال دو سیم به دو طرف لایه N و یک سیم به لایه P یک عنصر سه پایه حاصل می شود که به ترانزیستور با اثر میدان پیوندی معروف است.

ساختمان JFET با کانال P

ساختمان JFET با کانال P شبیه JFET با کانال N است، با این تفاوت که جنس کانال از نوع کریستال P و جنس گیت از کریستال N است. در شکل زیر ساختمان کریستالی و علامت اختصاری JFET با کانال P را مشاهده می کنید:

ترانزیستور اثر میدان با گیت عایق شده یا IGFET = Insulate

این ترانزیستور ها دارای گیت عایق شده می باشند. در این ترانزیستور ها گیت با لایه اکسید سیلیکون از کانال جدا می شود و هیچ جریانی از گیت نمی گذرد. لذا مقاومت ورودی آن فوق العاده افزایش می یابد. این ترانزیستور را بیشتر به نام MOSFET می شناسند. MOSFET مخفف Metal Oxide Semiconductor FET می باشد

انواع ترانزیستور های MOSFET

۱- ترانزیستور های MOSFET با کانال تهی شونده ( DMOSFET )
۲- ترانزیستور های MOSFET با کانال تشکیل شونده یا بهبود یافته (EMOSFET)

ترانزیستور MOSFET با کانال تهی شونده

1- ترانزیستور DMOSFET با کانال تهی شونده نوع N

این نوع ترانزیستور از یک قطعه نیمه هادی پایه نوع P با ناخالصی کم تشکیل شده است. درون این قطعه، دو ناحیه نوع N با ناخالصی زیاد ایجاد می کنند. این نواحی را بوسیله یک کانال نوع N با ناخالصی کم به یک دیگر وصل می کنند. از طرفین کانال ، کنتاکت های درین – سورس خارج می شوند. گیت این ترانزیستور را یک صفحه فلزی تشکیل می دهد که توسط لایه نازکی از دی اکسید سیلیکون از کانال کاملا جدا شده است.

2- ترانزیستور DMOSFET با کانال تهی شونده نوع P

ساختمان DMOSFET با کانال P تهی شونده ، شبیه نوع کانال N است. مطابق شکل بلور پایه از کریستال نوع N و کانال از نوع P است.