Что такое полупроводник

Классификация транзисторов по основному полупроводниковому материалу

С затвором в виде p-n-перехода
- С каналом n-типа
- С каналом p-типа
С изолированным затвором
- Со встроенным каналом
- С индуцированным каналом
С каналом n-типа
С каналом p-типа
С каналом n-типа
С каналом p-типа

Материал PN-перехода имеет одинарную проводимость, что является характеристикой, используемой во многих устройствах электронной техники, таких как полупроводниковые диоды и биполярные транзисторы. PAM-XIAMEN может предложить кремниевые пластины с PN-переходом. Приведена эпитаксиальная структура применения фотодиода. Для более подробной информации см. ссылку.

Макет точечного транзистора Бардина и Браттейна

Название происходит от двух английских слов — transfer (переносить) и resistor (сопротивление), что можно буквально перевести, как переходное сопротивление. Это устройство используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Транзисторы в режиме работы электронного ключа являются основным компонентом цифровых интегральных микросхем.

Вольтамперная характеристика транзистора

Характеристика зависимости коллекторного тока транзистора от величины входного сигнала называется вольтамперной характеристикой. При подборе двух уровней входного сигнала можно обеспечить либо состояние отсечки, либо насыщение транзистора.

Схематическое изображение работы транзистора в ключевом режиме

Этот режим позволяет получить два устойчивых состояния транзистора типа включено-выключено, что используется в цифровых электронных схемах для реализации логических и вычислительных задач.

Полупроводниками называют материалы (химические элементы или соединения), которые нельзя однозначно отнести к диэлектрикам или металлам, а при некоторых условиях обладают проводимостью.

История полупроводников: от радиоприёмников до современной электроники

Такие соединения, как сульфид свинца, применялись ещё в начале прошлого столетия как простейшие детекторы в примитивных радиоприёмниках. Однако подлинную революцию в электротехнике совершили такие элементы как германий (Ge), кремний (Si) и разнообразные соединения галлия (Ga), например, арсенид галлия (GaAs) позволившие электронике, достигшей предела развития электровакуумных радиокомпонентов (радиоламп), шагнуть на новую ступень и открыть миру широкие возможности полупроводниковой электроники.

Введение в полупроводниковую физику

Данная статья познакомит вас с историей возникновения полупроводников, описанием материалов для их получения, принципом их работы и многообразием.

Время чтения: 15 минут

Что такое кремниевый PN-переход?

Путем легирующей ионной имплантации, диффузии примесей или эпитаксиального роста полупроводники P-типа и полупроводники N-типа изготавливаются на одной и той же кремниевой подложке, образуя на их интерфейсе область пространственного заряда, называемую кремниевым PN-переходом. PN-переход — это устройство, используемое для выпрямления, переключения и других целей, а также основная структура полупроводниковых СВЧ-приборов и оптоэлектронных устройств. Он также является основным компонентом биполярных транзисторов, тиристорных выпрямителей и полевых транзисторов. Важнейшим свойством кремниевых переходов является эффект выпрямления, который пропускает ток только одного направления.

PN переход для кремния и других материалов можно условно разделить на два типа:

1. Мутантный переход: концентрация примесей в двух зонах PN-перехода распределена равномерно, и на границе раздела происходят примесные мутации. Если концентрация примеси в одной области намного выше, чем в другой области, это называется односторонним мутационным соединением P+N или N+P-соединением. Образуется путем сплава, мелкой диффузии или имплантации ионов низкой энергии.

2. Линейный медленно меняющийся переход: распределение примеси вблизи перехода медленно меняется, что можно аппроксимировать прямой линией, а ее наклон называется градиентом концентрации примеси. Соединение, полученное путем глубокой диффузии или имплантации ионов высокой энергии.

На рисунке 2.а ниже батарея расположена так, что отрицательная клемма подаёт электроны к материалу N-типа. Эти электроны диффундируют в направлении перехода. Положительный вывод изымает электроны из полупроводника P-типа, создавая дырки, которые также диффундируют в сторону переходу. Если напряжение батареи достаточное, чтобы преодолеть потенциал перехода (0,6 В для кремния), электроны N-типа и P-дырки объединяются, аннигилируя друг друга. Это освобождает пространство внутри решётки и тогда больше носителей может течь к стыку. Таким образом, токи основных носителей N-типа и P-типа текут в сторону перехода. Рекомбинация на переходе позволяет току батареи течь через диод P-N-перехода. Такой переход называется прямым включением.

В состоянии прямого смещения внешний источник тока прикладывает напряжение к PN-переходу таким образом, что обедненный слой уменьшается, и свободные носители заряда начинают проходить через переход. Ток через переход возрастает с увеличением напряжения, приложенного к PN-переходу.

Таблица параметров PN-перехода

Параметр	Значение
Площадь поверхности	10 мкм²
Температура	25 градусов Цельсия
Напряжение	5 В

Выводы

PN-переходы являются основным строительным блоком полупроводниковых приборов. Понимание их характеристик и работы позволяет эффективно использовать их в различных электронных устройствах.Применение PN-переходов в современной электронике широко распространено благодаря их способности управлять потоком электрического тока и создавать различные функциональные устройства.

Работа биполярного транзистора

Биполярный транзистор состоит из трех областей:

Эмиттер
База
Коллектор

Когда приложено напряжение к эмиттеру и коллектору, ток проходит через базу и генерирует усиление сигнала.
Емкость база-коллектор предотвращает обратный проток электронов, что позволяет управлять потоком тока через базу.

История создания биполярного транзистора

Точечный транзистор был создан в Bell Labs в 1948 году.
Герберт Матаре и Генрих Велкер также создали транзистор под названием транзитрон.
Шокли предложил идею плоскостного биполярного транзистора, который стал основой для современных транзисторов.

Преимущества биполярного транзистора

Высокое усиление сигнала
Высокая работоспособность при высоких температурах
Широкий диапазон рабочих частот

Биполярные транзисторы широко используются в электронике для усиления и коммутации сигналов.

Если применить легирование внешних слоёв и базы обратными видами примесей, транзистор будет иметь структуру n-p-n. Принцип работы прибора и название слоёв не меняются, меняется полярность подключения электродов в схеме. Транзисторы со структурой p-n-p получили название транзисторов прямой проводимости, тогда как транзисторы со структурой n-p-n называются транзисторами обратной проводимости.

Массовое производство германиевых транзисторов — первых полноценных биполярных транзисторов — началось в 1951 году в компании Western Electric.

Создание биполярного и полевого транзисторов произошло разными путями. Основной принцип полевого транзистора (англ. Field-Effect Transistor — FET) был впервые предложен в 1926 году ранее упомянутым физиком Юлиусом Лилиенфельдом. Концепция полевого транзистора была также теоретически обоснована Оскаром Хейлом в 1930-х годах и Уильямом Шокли в 1940-х годах. Тем не менее, работоспособный полевой транзистор был создан уже после создания биполярного транзистора.

Несмотря на то, что полевые транзисторы основаны на простом электростатическом эффекте поля и по протекающим в них физическим процессам проще и понятнее биполярных, создать работоспособный образец полевого транзистора не удавалось. Создатели не могли обойти неизвестные на тот момент явления в поверхностном слое полупроводника, не позволявшие управлять электрическим полем внутри кристалла у транзисторов типа МДП (транзистор «металл-диэлектрик-полупроводник»).

Мохамед Аталла – директор по исследованиям полупроводников, 1963 год

Развитие транзисторных технологий

Несмотря на малые размеры и экономичность, первые транзисторы отличались высоким уровнем шумов, маленькой мощностью, нестабильностью характеристик во времени и сильной зависимостью параметров от температуры. Точечный транзистор, не являясь монолитной конструкцией, был чувствителен к ударам и вибрациям. Плоскостные транзисторы были более устойчивы к механическим воздействиям и обладали лучшими характеристиками в сравнении с точечными. Однако первоначальные технологии по их созданию были несовершенны, контролировать содержание примесей еще не удавалось и получить два одинаковых по характеристикам транзистора было затруднительно.

Логотип кампании Bell Telephone Labs

В 1954 году компанияTexas Instruments выпустила первый кремниевый транзистор. В 1959 году в компании Fairchild Semiconductor была предложена конструкция планарного транзистора, в которой в приповерхностном слое кремниевой пластины создаются области с разным типом проводимости или разной концентрацией примесей, что в совокупности образует структуру полупроводникового прибора. Согласно этому процессу, область эмиттера создавалась путем диффузии примеси в базовую область, имеющую каплеобразную форму. Базовая область, в свою очередь, формировалась в результате диффузии примеси другого типа в подложку, служащую коллектором.

В процессе развития и совершенствования технологий характеристики транзисторов быстро улучшались, и вскоре они стали активно конкурировать с электронными радиолампами, а впоследствии практически полностью их вытеснили.

Силовые транзисторы (англ.IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor)

Биполярные транзисторы с изолированным затвором являются новым типом активного прибора, появившимся сравнительно недавно, в конце 1980-х годов. Входные характеристики данных приборов подобны входным характеристикам полевого транзистора, а выходные – выходным характеристикам биполярного.

Структура

Химические вещества могут быть в трех основных фазах: твердой, жидкой и газообразной. Когда молекулы находятся в твердой фазе, они не могут двигаться, кроме своего среднего положения, что называется тепловым движением. Молекул в жидкой и газообразной фазах могут свободно перемещаться. Некоторые вещества имеют кристаллические структуры, в которых атомы объединены в определенную решетку, которая сохраняется на протяжении всего объема кристалла.

Электрическая проводимость твердых веществ необходима для производства многих электронных устройств. Эта способность зависит от способности материала производить свободные электроны. Структура кристаллических решеток веществ, таких как германий и кремний, напоминает структуру алмаза. Кремний и германий имеют хорошие диэлектрические свойства благодаря своей кристаллической решетке и сильной связи электронов.

Модель кристалла германия

Модель кристаллической структуры германия представляет собой описание, как атомы германия организованы в кристалле. Германий образует кристаллическую решетку, которая может быть описана следующим образом:

Состояния вещества

Рассмотрим более подробно различные фазы вещества и их связь с электронными свойствами твердых материалов:

Связь между фазами вещества и его электронными свойствами заключается в том, как атомы или молекулы взаимодействуют между собой в каждой фазе:

Ольт-амперная характеристика р-n перехода

Получим вольт-амперную характеристику p-n перехода. Для этого запишем уравнение непрерывности в общем виде:

Будем рассматривать стационарный случай dp/dt = 0.

Воспользуемся следующим соотношением, связывающим коэффициент диффузии, длину диффузии и время жизни неосновных носителей: Dτ = Lp2.

С учетом отмеченных выше допущений уравнение непрерывности имеет вид:

Граничные условия для диффузионного уравнения в p-n переходе имеют вид:

Решение дифференциального уравнения (2.58) с граничными условиями (*) имеет вид:

Соотношение (2.59) описывает закон распределения инжектированных дырок в квазинейтральном объеме полупроводника n-типа для электронно-дырочного перехода (рис. 2.15). В токе p-n перехода принимают участие все носители, пересекшие границу ОПЗ с квазинейтральным объемом p-n перехода. Поскольку весь ток диффузионный, подставляя (2.59) в выражение для тока, получаем (рис. 2.16):

Соотношение (2.60) описывает диффузионную компоненту дырочного тока p-n перехода, возникающую при инжекции неосновных носителей при прямом смещении. Для электронной компоненты тока p-n перехода аналогично получаем:

При VG = 0 дрейфовые и диффузионные компоненты уравновешивают друг друга. Следовательно,

Полный ток p-n перехода является суммой всех четырех компонент тока p-n перехода:

Выражение в скобках имеет физический смысл обратного тока p-n перехода. Действительно, при отрицательных напряжениях VG < 0 ток дрейфовый и обусловлен неосновными носителями. Все эти носители уходят из цилиндра длиной Ln со скоростью Ln/τp. Тогда для дрейфовой компоненты тока получаем:

Рис. 2.15. Распределение неравновесных инжектированных из эмиттера носителей по квазинейтральному объему базы p-n перехода

Нетрудно видеть, что это соотношение эквивалентно полученному ранее при анализе уравнения непрерывности.

Рис. 2.16. Токи в несимметричном p-n nереходе при прямом смещении

Таким образом, ВАХ p-n перехода имеет вид:

Плотность тока насыщения Js равна:

ВАХ p-n перехода, описываемая соотношением (2.62), приведена на рисунке 2.17.

Рис. 2.17. Вольт-амперная характеристика идеального p-n перехода

Как следует из соотношения (2.16) и рисунка 2.17, вольт-амперная характеристика идеального p-n перехода имеет ярко выраженный несимметричный вид. В области прямых напряжений ток p-n перехода диффузионный и экспоненциально возрастает с ростом приложенного напряжения. В области отрицательных напряжений ток p-n перехода – дрейфовый и не зависит от приложенного напряжения.

Емкость p-n перехода

Любая система, в которой при изменении потенциала φ меняется электрический заряд Q, обладает емкостью. Величина емкости С определяется соотношением:

Для p-n перехода можно выделить два типа зарядов: заряд в области пространственного заряда ионизованных доноров и акцепторов QB и заряд инжектированных носителей в базу из эмиттера Qp. При различных смещениях на p-n переходе при расчете емкости будет доминировать тот или иной заряд. В связи с этим для емкости p-n перехода выделяют барьерную емкость CB и диффузионную емкость CD.

Барьерная емкость CB – это емкость p-n перехода при обратном смещении VG < 0, обусловленная изменением заряда ионизованных доноров в области пространственного заряда.

Величина заряда ионизованных доноров и акцепторов QB на единицу площади для несимметричного p-n перехода равна:

Дифференцируя выражение (2.65), получаем:

Из уравнения (2.66) следует, что барьерная емкость CB представляет собой емкость плоского конденсатора, расстояние между обкладками которого равно ширине области пространственного заряда W. Поскольку ширина ОПЗ зависит от приложенного напряжения VG, то и барьерная емкость также зависит от приложенного напряжения. Численные оценки величины барьерной емкости показывают, что ее значение составляет десятки или сотни пикофарад.

Зависимость барьерной емкости СB от приложенного обратного напряжения VG используется для приборной реализации. Полупроводниковый диод, реализующий эту зависимость, называется варикапом. Максимальное значение емкости варикап имеет при нулевом напряжении VG. При увеличении обратного смещения емкость варикапа уменьшается. Функциональная зависимость емкости варикапа от напряжения определяется профилем легирования базы варикапа. В случае однородного легирования емкость обратно пропорциональна корню из приложенного напряжения VG. Задавая профиль легирования в базе варикапа ND(x), можно получить различные зависимости емкости варикапа от напряжения C(VG) – линейно убывающие, экспоненциально убывающие.

Условные графические изображения транзисторов

Эмиттеры расположены таким образом, что прямое взаимодействие между ними исключается, благодаря чему эмиттерные переходы можно рассматривать как параллельно включенные диоды. Число эмиттеров определяет число входов логического элемента «И». Применение многоэмиттерных транзисторов и логических устройств ТТЛ-типа позволяет минимизировать число элементов, составляющих интегральную схему.

Примесные полупроводники

Кремний и германий проявляют свойства диэлектриков в чистом виде, что означает, что они плохо проводят электричество. Тем не менее, при добавлении небольшого количества примесей эти материалы обладают уникальными свойствами, которые существенно изменяются. В полупроводниковой индустрии, где используются кремния и германия, этот процесс, называемый допированием, имеет решающее значение.

Модель полупроводника n-типа

Полупроводники n-типа — это особый класс полупроводников, которые обладают свободными электронами и проводят электрический ток в результате процесса допирования. Допирование заключается во введении атомов примесей, имеющих лишние электроны, в структуру полупроводника. Эти лишние электроны становятся свободными и могут перемещаться под воздействием электрического поля.

Основные характеристики полупроводников n-типа

Полупроводники n-типа широко используются в электронике для создания многих различных устройств, таких как диоды, транзисторы и солнечные батареи. Например, транзисторы n-типа используются в усилителях сигнала, микропроцессорах и множестве других устройств, которые используют сигналы для усиления и коммутации.

Структура полупроводников n-типа

Структура полупроводников n-типа определяется допированием определенными атомами примесей, обеспечивающими наличие свободных электронов. Внесенные атомы примесей замещают атомы в кристаллической решетке полупроводника. Эти атомы примесей имеют на внешней орбите лишние электроны, которые становятся свободными и могут участвовать в проводимости материала.

Структура полупроводника n-типа включает в себя следующие ключевые элементы:

Модель полупроводника p-типа

Полупроводники P-типа — это особый класс полупроводников, в которых доминируют положительные носители заряда, так называемые «дырки». Дырки возникают из-за допирования полупроводника атомами примесей с лишними электронами, которые создают пустые места в валентной зоне.

Основные характеристики полупроводников P-типа

Полупроводники P-типа используются в электронных устройствах, таких как биполярные транзисторы, диоды и интегральные схемы. Эти устройства позволяют управлять электрическим током и выполнять различные функции в современной электронике.

Структура полупроводников p-типа

Структура полупроводника P-типа обусловлена процессом допирования атомами примесей с акцепторными свойствами. Этот процесс вносит изменения в кристаллическую решетку полупроводника, создавая дырки, которые являются основными положительными носителями заряда в таких материалах.

Структура полупроводника p-типа включает в себя следующие ключевые элементы:

Спецификация кремниевой пластины с PN-переходом

PAMP21452 – ПН

Одна сторона полированная

Фундаментальные аспекты работы полупроводниковых электронных устройств

Основы и рабочие особенности ПП-приборов будем рассматривать на примере простейшего из них – полупроводникового диода:

Конструктивно он состоит из двух зон с отличающейся проводимостью: n- (negative) и p- (positive) областей .

Проводимость n-области электронная – носители электрического заряда отрицательно заряженные электроны. Проводимость p-области дырочная – здесь носители электрозаряда дырки – атомы полупроводника, у которых отсутствует один электрон, имеющие такие образом положительный заряд. Место, где соприкасаются области p- и n-типа, называется p-n-переходом.

Обе области делают из ПП-материала (кремния, германия и других), а различная проводимость задаётся дополнительными примесями в составе (легированием):

Фосфор (P), Мышьяк (As), Сурьма (Sb), реже медь (Cu), Золото (Au) Бор (B), Индий (In), Галлий (Ga), Алюминий (Al)

Высокочистый ПП, лишенный примесей в составе, называется собственным полупроводником. Его электропроводимость невысока, ввиду одинакового количества носителей отрицательного (электронов) и положительного (дырок) заряда. Чтобы придать ему конкретный и ярко выраженный тип проводимости, его легируют донорами или акцепторами. Легированный полупроводник называется несобственным или примесным.

Место соприкосновения областей p- и n-типа называется p-n-переходом. Электрические процессы в p-n-переходе – основа работы множества полупроводников, включая диоды, биполярные транзисторы и прочие.

На p-n-переходе свободные электроны из богатой ими n-области переходят в p-область, где имеется недостаток электронов, а дырки из богатой ими p-области переходят в n-область. Этот процесс называется диффузией.

В тонком слое между областями с различной проводимостью образуется тонкий слой, имеющий запирающее электрическое поле E, отталкивающее от себя электроны в n-области и дырки в p-области. При подведении прямого напряжения (положительного потенциала к аноду и отрицательного к катоду), создающим внешнее электрополе E′, ширина запирающего внутреннего поля E уменьшится, и у носителей заряда появится возможность начать движение – в диоде возникнет электроток. При подведении обратного напряжения (когда «минус» подаётся на анод, а «плюс» – на катод) ширина внутреннего запирающего электрополя E, наоборот, увеличится, и проходящий ток практически будет отсутствовать (до момента электрического пробоя при превышении предельного обратного напряжения, после чего начнёт увеличиваться лавинообразно). Именно так и реализуется односторонняя проводимость диода и его выпрямительные свойства.

Вариативность полупроводниковых материалов

Здесь будут рассмотрены основные практически используемые в массовой электронике виды ПП-материалов и дано их сравнительное описание. Их архаичные представители, такие как закись меди, сульфат свинца, а также перспективные, но не использующие на практике, допустим, графен, рассматриваться не будут.

До 1970-х годов его применяли повсеместно для изготовления диодов и транзисторов. Для выпуска микросхем используется крайне ограниченно и, как правило, совместно с кремнием.

Германий имеет некоторые преимущества перед кремнием. Так, способность реагировать на внешнее электрическое поле, то есть коэффициент подвижности носителей заряда электронов и дырок в германии выше, чем в кремнии, приблизительно в три раза. Падение напряжение на p-n-переходе германиевого диода или транзистора составляет около 0.1÷0.3 вольта, тогда как в случае кремниевых элементов этот показатель равен 0.6÷0.7 вольт.

Основными минусами германия стали его относительная редкость и высокая стоимость, но, что главное, низкая теплопроводность, препятствующая эффективному отводу тепла от кристалла германиевого ПП-прибора и серьёзное ухудшение его параметров с ростом температуры. Сейчас он используется только для изготовления некоторых электронных приборов, работающих на сверхвысоких частотах, а также специальной оптики, стёкол и линз.

Третий по объёму применения полупроводник. Изначально на его основе производили ПП-оптические приборы: светодиоды и твердотельные лазеры, но позже из него также стали изготавливать диоды, транзисторы и микросхемы. Электроника на основе арсенида галлия может работать на частотах до нескольких сотен гигагерц, имеет лучшую радиационную стойкость, чем её разновидности из кремния, что делает его незаменимыми в аэрокосмической отрасли.

Он имеет отличную теплопроводность, превышающую аналогичную характеристику кремния в несколько раз, высокую максимальную рабочую температуру (порядка 600 градусов по Цельсию), а также высокую электрическую прочность. В совокупности это делает его востребованным при выпуске электронных приборов ограничения перенапряжения, варисторов, разрядников, тиристоров и иных коммутационных устройств, а также для высоковольтных диодов.

Применяется и для изготовления светодиодов некоторых цветов свечения, а сам эффект светоизлучения кристаллом карбида кремния был открыт ещё на заре полупроводниковой техники – в начале XX столетия.

ПП-свойства этого элемента, так же как и карбида кремния, открыли в начале XX века. Именно многократно большая светимость кристалла карбида кремния поставила крест на развитии оптических приборов на основе «несовершенного» нитрида галлия. Но в конце века учёные вновь обратили на него внимание, и на его основе удалось разработать довольно много ПП-компонентов, преимущественно мощных и высокочастотных полевых транзисторов. Также на его основе производят солнечные батареи. Современные технологии легирования позволили нитриду галлия стать недорогим и эффективным материалом для производства синих и УФ-светодиодов.

Открытие полупроводниковых материалов

Все материалы для полупроводников (ПП) обладают рядом небезынтересных особенностей, одна из которых – сильная зависимость их электрического сопротивления от облучения световым, ультрафиолетовым, инфракрасным рентгеновским или другими излучениями, а также от температуры. Но, в отличие от металлов, их сопротивление снижается при нагревании. Именно это свойство и было впервые замечено английским учёным Майклом Фарадеем в 1833 году при проведении экспериментов по прохождению тока через множество опытных материалов.

Некоторые из участвовавшие в его опытах образцов проявляли именно ту, необычную для металлов, электропроводимость при нагреве. Ими были сульфид серебра, фторид свинца, оксид сурьмы и некоторые соединения ртути. Именно они и представили собой первые ПП, но само название «полупроводник» появилось немного позже.

Лишь спустя десятилетия династией французских ученых-физиков Беккерель были выявлены и описаны другие свойства ПП-материалов: например, уменьшение электросопротивления под действием света. Во второй половине XIX века был обнаружен эффект выпрямления переменного тока при прохождении его через вещества с разной проводимостью, например, через медные и свинцовые проводники, между которыми располагался сульфат меди, обладающий ПП-свойствами.

Вскоре, в начале XX века был запатентован и стал частью телеграфной аппаратуры первый в мире кристаллический детектор на основе сульфида свинца. После всех этих открытий изучение полупроводников прекратилось почти полностью в связи с нестабильностью ПП-свойств открытых ранее материалов. Несовершенство технологий того времени, изобретение и бурное развитие ламповой электроники на несколько десятилетий поставили крест на подобном виде техники. Даже сама научная деятельность в этом направлении считалась неприемлемой. Перспектив ПП-приборов никто не видел.

Взрывное развитие такого типа электроники началось в середине XX века.

В 1947 году американскими учёными Уильямом Шокли, Джоном Бардиным и Уолтером Браттейном был изобретён первый в мире ПП-триод – им был германиевый биполярный транзистор, который будучи ещё крайне несовершенным, уже показал огромное преимущество перед электровакуумными лампами. Он мог усиливать и генерировать электрические колебания.

Параллельно с американскими учёными работы по его созданию велись в Европе и Советском Союзе. Спустя 10 лет после изобретения транзистора технология его изготовления достигла небывалых высот: учёным удалось повысить степень миниатюризации настолько, что несколько сотен или даже тысяч таких микрокомпонентов стало возможным разместить на крошечной пластинке из полупроводника. Так в конце 50-х – начале 60-х были разработаны первые в мире микросхемы на основе кремния.

Современные микросхемы, в числе которых центральные (CPU) и графические (GPU) процессоры в компьютерах содержат миллиарды транзисторов, демонстрируя огромную вычислительную мощность и крайне низкое энергопотребление. Но даже это не предел эволюции ПП-технологий, которая каждые несколько лет многократно превосходит сама себя.

Схемы включения транзистора

Полевые транзисторы как с p-n переходом (канальные), так и МОП (МДП) могут быть включены по следующим схемам:

Схема с ОС аналогична каскаду с общим коллектором (ОК) для биполярного транзистора. Коэффициент усиления по напряжению в этой схеме всегда немного меньше единицы, а коэффициент усиления по мощности занимает промежуточное значение между ОЗ и ОИ. Преимущество этого каскада — очень низкая входная паразитная ёмкость.

Схема с ОЗ аналогична схеме с общей базой (ОБ). В этой схеме ток стока равен току истока, поэтому она не даёт усиления по току, и усиление по мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Схема с ОЗ обладает низким входным сопротивлением.