Кључне компоненте у интегрисаним колима: транзистори

Важност транзистора
Основне компоненте:
То је основна грађевинска јединица у интегрисаним колима и широко се користи у различитим логичким капијама, колима за управљање напајањем, кола за појачавање, итд. Перформансе и функционалност интегрисаних кола у великој мери зависе од перформанси транзистора.

Минијатуризација и висока интеграција:
Са напретком полупроводничке технологије, величина транзистора наставља да се смањује, што резултира значајним повећањем нивоа интеграције интегрисаних кола. Савремени ИЦ-и могу да садрже милијарде транзистора, омогућавајући комплексну функционалност и високе перформансе.

Потрошња енергије и ефикасност:
Карактеристика ниске потрошње енергије омогућава интегрисаним колима да постигну равнотежу између потрошње енергије и перформанси. Нарочито у мобилним уређајима и ИоТ уређајима, примена транзистора мале снаге у великој мери продужава век батерије и побољшава енергетску ефикасност уређаја.

Врсте транзистора
Биполарни транзистор (БЈТ):
Биполарни транзистор је уређај који користи и мањинске и већинске носиоце за учешће у проводљивости. Има добру линеарност и високе карактеристике појачања и обично се користи у аналогним колима.

Полупроводнички транзистор са ефектом поља од металног оксида (МОСФЕТ):
МОСФЕТ је најраспрострањенији тип транзистора, посебно у дигиталним колима. Према различитим типовима проводљивости, МОСФЕТ-ови се деле на НМОС и ПМОС. ЦМОС технологија користи комплементарне карактеристике НМОС и ПМОС и широко се користи у модерном дизајну ИЦ.

Биполарни транзистор са изолованим вратима (ИГБТ):
ИГБТ комбинује улазне карактеристике МОСФЕТ-а и излазне карактеристике БЈТ-а, са високом улазном импедансом и малим падом напона проводљивости, и широко се користи у области енергетске електронике.

Транзистор са ефектом спојног поља (ЈФЕТ):
ЈФЕТ је транзистор који користи ефекте електричног поља за контролу струје, са високом улазном импедансом и ниским карактеристикама шума, који се обично користи у круговима појачала.

Принцип рада транзистора
Принцип рада БЈТ:
Састоји се од емитера, базе и колектора. Убризгавањем мале количине струје у базу, може се контролисати велики проток струје између емитера и колектора како би се постигло појачање струје.

Принцип рада МОСФЕТ-а:
Састоји се од извора, одвода и капије. Применом напона на капију може се контролисати струјни ток између извора и одвода. НМОС и ПМОС користе електроне и рупе као главне носиоце за постизање проводљивости и искључивање.

Принцип рада ИГБТ:
Комбиновањем контроле гејта МОСФЕТ-а и карактеристика струјног појачања БЈТ-а, струјни ток између колектора и емитера се контролише применом напона на капију, што га чини погодним за апликације велике снаге.

Примена транзистора у интегрисаним колима
логичко коло:
Комбиновањем различитих типова логичких капија могу се постићи сложене логичке операције и функције обраде података.

Коло за појачање:
Користи се за појачавање амплитуде сигнала, широко се користи у областима као што су аудио појачала и појачала радио фреквенције.

Управљање струјом:
У колима за управљање напајањем, транзистори се користе за регулацију напона, смањење напона и конверзију појачања како би се осигурало да свака компонента у колу добије стабилан напон напајања.

Меморија:
Транзистори се користе за складиштење и читање података у динамичкој меморији са случајним приступом (ДРАМ) и статичкој меморији са случајним приступом (СРАМ), и представљају основне компоненте рачунарских система за складиштење података.

РФ коло:
У уређајима за бежичну комуникацију, транзистори се користе за појачавање и модулацију РФ сигнала како би се обезбедио квалитет преноса и пријема сигнала.

Тренд развоја транзисторске технологије
Минијатуризација и нанотехнологија:
Са напретком Муровог закона, величина транзистора наставља да се смањује и сада је ушла у нанометарски ниво. У будућности, технологија минијатуризације ће наставити да се развија, промовишући побољшање перформанси интегрисаних кола и смањење потрошње енергије.

Примена нових материјала:
Традиционални силицијумски материјали се постепено замењују новим материјалима са супериорним перформансама, као што су угљеничне наноцеви, графен и галијум нитрид (ГаН). Ови нови материјали имају већу покретљивост електрона и бољу топлотну проводљивост, што ће додатно побољшати перформансе транзистора.

Технологија 3Д интеграције:
Вертикалним слагањем више слојева транзистора, побољшана је интеграција и перформансе. Ова технологија ће значајно побољшати функционалну густину и могућности обраде података интегрисаних кола.

Дизајн мале снаге:
Са популарношћу Интернета ствари и мобилних уређаја, дизајн транзистора мале снаге постао је важан правац развоја. Оптимизацијом дизајна кола и процесне технологије, потрошња енергије транзистора може се додатно смањити како би се постигла дужа издржљивост уређаја.

Квантно рачунарство:
Истраживање и развој су представили нове изазове и могућности за транзисторску технологију. Развој нових уређаја као што су транзистори с квантним тачкама ће пружити критичну подршку за постизање квантног рачунарства.

хттпс://ввв.тррсемицон.цом/трансистор/смалл-сигнал-трансистор/есд3з12в.хтмл