быстрые полевые транзисторы

Учёные не оставляют попыток довести быстродействие электронных компонентов до предела, превосходящего самые смелые ожидания. Данные компьютерного моделирования показывают, что в обозримом будущем полевые транзисторы смогут работать на фантастической частоте 300 ГГц, благодаря чему процессоры на их основе будут выглядеть как суперкомпьютер с ИИ на фоне бухгалтерского калькулятора.

Исследователям из Калифорнийского университета удалось создать быстрый полевой транзистор, параметры которого существенно превышают характеристики кремниевых полупроводников аналогичного типа:

• на кремниевую подложку наносится фосфид индия, а сверху слой арсенида индия/галлия;
• быстродействие МОП-транзистора при этом возросло, а энергопотребление снизилось;
• новинка на 60% опередила радиочастотные полупроводники по скорости переключения, поскольку подвижность электронов в соединениях мышьяка и индия в разы выше, чем в кремнии. Это позволит полевому транзистору работать на колоссальных тактовых частотах, превосходя возможности всех ныне известных полевых транзисторов sot 23.

Ранее инженеры из IBM сумели сформировать самый быстрый в мире полупроводник на основе графена. По мнению исследователей, скорость можно повысить ещё в 35 раз. Графен обеспечивает максимальную скорость электронов даже при обычной температуре, что позволяет считать его одним из наиболее перспективных материалов для развития полупроводниковых технологий. Президент Центра IBM по новым разработкам по этому поводу заявил, что принципиальный предел скорости успешно преодолён. Производителям высокоскоростной электроники более не придётся изощряться в поисках экзотических материалов, обеспечивающих максимальную скорость полевых транзисторов.

Ему вторит технический директор Wolfspeed: «Недосягаемые ранее скоростные характеристики полупроводников вдохновляют нас на разработку новейших технологий, которые рынку покажутся фантастикой. Уже сегодня полевой транзистор ptd11n20c адаптируется для приложений индустриальной автоматизации и автопрома. Будет достигнуто троекратное снижение потерь и огромное повышение производительности. Новые полупроводниковые приборы уже сегодня доступны для заказа через сеть официальных дистрибьюторов». 

Новые корпуса

Одним из направлений повышения производительности МОП-транзисторов является совершенствование корпусов мощных приборов, вырабатывающих во время работы много тепла. Фирма Littelfuse недавно презентовала семейство корпусов с вариативной формой и меняющимся числом выводов, предназначенных для сквозного и smd-монтажа. Новые корпуса, на которые возложена функция отвода тепла, подходят для упаковки полевых транзисторов 5 ампер, диодов, тиристоров, а также сборок и модулей, включающих несколько полупроводников и резисторы.

Мощные МОП-транзисторы во время работы сильно греются, что вынуждает снабжать их радиаторами. Корпуса предыдущего поколения позволяли крепить кристалл к пластине теплоотвода. Однако этим создавалась гальваническая связь с функциональными элементами электронной платы, поэтому необходимый уровень электрической безопасности обеспечить не удавалось, так как между охлаждающим радиатором и землёй существовала паразитная ёмкость.

Специалистами фирмы была выдвинута и успешно реализована идея крепления на керамические основания, обеспечивающие не только эффективный отвод тепла, но и качественную изоляцию.

Скоростные схемы управления

В наше время высокочастотные схемы силового оборудования строятся на базе мощных МОП-транзисторов с изолированным затвором – приборов, управляемых зарядом, подающимся на соответствующий электрод. Время срабатывания полупроводника при подаче сигнала составляет от 20 до 200 пикосекунд. Теоретически, повысить скорость срабатывания полевого транзистора irf540 можно, меняя схему управления:

1. Самый простой вариант – включение диода параллельно резистору затвора.
2. Самый популярный способ – включение в схему биполярного полупроводника p-n-p, который закорачивает вход.
3. Отлично себя зарекомендовала схема с участием n-p-n-транзистора, который моментально локализует управляющий сигнал.

Новинки быстрых транзисторов

Учёные, исследующие свойства фуллерена, молекулы которого состоят из 60 атомов углерода в форме полой сферы, выяснили, что при некоторых условиях они ведут себя как колоссальный суператом, способный пропускать или не пропускать через себя электроны. Это свойство может быть использовано для создания наноприбора, являющегося полным аналогом быстрого полупроводника. Управление этим прибором осуществляется с помощью импульсов лазерного луча. Самое примечательное, что скорость переключения превосходит ту, что у полупроводников, на целых 6 порядков.