Pagrindiniai integrinių grandynų komponentai: tranzistoriai

Tranzistorių svarba
Pagrindiniai komponentai:
Tai yra pagrindinis integrinių grandynų pastato vienetas ir plačiai naudojamas įvairiuose loginiuose vartuose, galios valdymo grandinėse, stiprinimo grandinėse ir kt. Integrinių grandynų veikimas ir funkcionalumas labai priklauso nuo tranzistorių našumo.

Miniatiūrizavimas ir aukšta integracija:
Tobulėjant puslaidininkių technologijoms, tranzistorių dydis ir toliau mažėja, todėl labai padidėja integrinių grandynų integravimo lygis. Šiuolaikinėse IC gali būti milijardai tranzistorių, kurie užtikrina sudėtingas funkcijas ir aukštą našumą.

Energijos suvartojimas ir efektyvumas:
Mažos energijos suvartojimo charakteristikos leidžia integruotoms grandinėms pasiekti energijos suvartojimo ir našumo pusiausvyrą. Mažos galios tranzistorių taikymas ypač mobiliuosiuose įrenginiuose ir daiktų interneto įrenginiuose labai pailgina baterijos veikimo laiką ir pagerina įrenginio energijos vartojimo efektyvumą.

Tranzistorių tipai
Dvipolis tranzistorius (BJT):
Dvipolis tranzistorius yra įrenginys, kuris laidumui dalyvauti naudoja tiek mažumą, tiek daugumą. Jis turi gerą tiesiškumą ir dideles stiprinimo charakteristikas ir dažniausiai naudojamas analoginėse grandinėse.

Metalo oksido puslaidininkinis lauko tranzistorius (MOSFET):
MOSFET yra plačiausiai naudojamas tranzistorių tipas, ypač skaitmeninėse grandinėse. Pagal skirtingus laidumo tipus MOSFET skirstomi į NMOS ir PMOS. CMOS technologija naudoja papildomas NMOS ir PMOS charakteristikas ir yra plačiai naudojama šiuolaikiniame IC projekte.

Izoliuotų vartų dvipolis tranzistorius (IGBT):
IGBT sujungia MOSFET įvesties charakteristikas ir BJT išvesties charakteristikas su didele įėjimo varža ir mažu laidumo įtampos kritimu ir yra plačiai naudojamas galios elektronikos srityje.

Jungties lauko efekto tranzistorius (JFET):
JFET yra tranzistorius, kuris naudoja elektrinio lauko efektus srovei valdyti, turi didelę įėjimo varžą ir mažas triukšmo charakteristikas, dažniausiai naudojamas stiprintuvo grandinėse.

Tranzistorių veikimo principas
BJT veikimo principas:
Susideda iš emiterio, bazės ir kolektoriaus. Įšvirkščiant nedidelį kiekį srovės į pagrindą, galima valdyti didelį srovės srautą tarp emiterio ir kolektoriaus, kad būtų pasiektas srovės stiprinimas.

MOSFET veikimo principas:
Jį sudaro šaltinis, kanalizacija ir vartai. Pritaikius įtampą vartams, galima valdyti srovės srautą tarp šaltinio ir nutekėjimo. NMOS ir PMOS atitinkamai naudoja elektronus ir skyles kaip pagrindinius nešiklius laidumui pasiekti ir išjungti.

IGBT veikimo principas:
Derinant MOSFET vartų valdymą ir BJT srovės stiprinimo charakteristikas, srovės srautas tarp kolektoriaus ir emiterio valdomas tiekiant įtampą vartams, todėl jis tinkamas naudoti didelės galios įrenginiuose.

Tranzistorių taikymas integrinėse grandinėse
loginė grandinė:
Derinant skirtingų tipų loginius vartus galima atlikti sudėtingas logines operacijas ir duomenų apdorojimo funkcijas.

Stiprinimo grandinė:
Naudojamas signalų amplitudei sustiprinti, jis plačiai naudojamas tokiose srityse kaip garso stiprintuvai ir radijo dažnių stiprintuvai.

Galios valdymas:
Energijos valdymo grandinėse tranzistoriai naudojami įtampos reguliavimui, įtampos mažinimui ir padidinimo konvertavimui, siekiant užtikrinti, kad kiekvienas grandinės komponentas gautų stabilią maitinimo įtampą.

Atmintis:
Tranzistoriai naudojami duomenims saugoti ir nuskaityti dinaminėje laisvosios kreipties atmintyje (DRAM) ir statinėje laisvosios kreipties atmintyje (SRAM) ir yra pagrindiniai kompiuterių saugojimo sistemų komponentai.

RF grandinė:
Belaidžio ryšio įrenginiuose tranzistoriai naudojami RF signalams stiprinti ir moduliuoti, kad būtų užtikrinta signalo perdavimo ir priėmimo kokybė.

Tranzistorių technologijos plėtros tendencija
Miniatiūrizavimas ir nanotechnologijos:
Tobulėjant Moore'o įstatymui, tranzistorių dydis ir toliau mažėja ir dabar pasiekė nanometrų lygį. Ateityje bus toliau tobulinama miniatiūrizavimo technologija, skatinanti gerinti integrinių grandynų veikimą ir mažinti energijos suvartojimą.

Naujų medžiagų pritaikymas:
Tradicinės silicio medžiagos pamažu pakeičiamos naujomis, pasižyminčiomis aukščiausios kokybės medžiagomis, tokiomis kaip anglies nanovamzdeliai, grafenas ir galio nitridas (GaN). Šios naujos medžiagos turi didesnį elektronų mobilumą ir geresnį šilumos laidumą, o tai dar labiau pagerins tranzistorių veikimą.

3D integravimo technologija:
Vertikaliai sudėjus kelis tranzistorių sluoksnius, pagerėjo integracija ir našumas. Ši technologija žymiai padidins integrinių grandynų funkcinį tankį ir duomenų apdorojimo galimybes.

Mažos galios dizainas:
Populiarėjant daiktų internetui ir mobiliesiems įrenginiams, mažos galios tranzistorių dizainas tapo svarbia plėtros kryptimi. Optimizavus grandinės dizainą ir proceso technologiją, galima dar labiau sumažinti tranzistorių energijos sąnaudas, kad prietaisas veiktų ilgiau.

Kvantinis skaičiavimas:
Tyrimai ir plėtra pateikė naujų iššūkių ir galimybių tranzistorių technologijoms. Naujų prietaisų, tokių kaip kvantinių taškų tranzistoriai, kūrimas suteiks esminę paramą norint pasiekti kvantinį skaičiavimą.

https://www.trrsemicon.com/transistor/small-signal-transistor/esd3z12v.html