Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.2: Перемикання FET

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    31752

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    У цифрових схемах ідеальний транзистор має два стани, ON і OFF, обрані потенціалом, прикладеного до затвора. У вимкненому стані канал замкнутий на потік електронів навіть в тому випадку, якщо між витоком і зливним електродами застосовується зміщення. Щоб закрити канал, затвор повинен перешкоджати інжекції електронів з джерела. Для прикладу розглянемо молекулярний транзистор на малюнку 5.2.1. Тут ми дотримуємося конвенції FET і вимірюємо всі потенціали щодо заземленого контакту джерела. Для зміщення затвора через молекулу протікає\(V_{GS}< \sim 6.2V\) невеликий струм. Але для\(\sim 6.2V < V_{GS}< \sim 6.4V\) FET увімкнено, а канал є провідним.

    Знімок екрана 2021-05-12 о 22.26.03.png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\):\(I_{DS} - V_{GS}\) Характеристики транзистора, що використовує молекулу Buckyball C60. При рівновазі хімічні потенціали джерела та стоку знаходяться на -5еВ, а LUMO молекули - на -4.7eV. Різні електростатичні ємності в пристрої маркуються. У міру збільшення потенціалу воріт LUMO штовхається нижче. При приблизно\(V_{GS} = 6.3 V\), він виштовхується в резонанс з контактами джерела і зливу і струм різко зростає. Ширина LUMO визначає різкість резонансу. Примітка 'aF' є символом атто Фарад (\(10^{-18} F\)).

    Як показано на малюнку 5.2.2, переходи набагато більш поступові, якщо рівень молекулярної енергії ширше. Точно так само підвищення температури може також розмивати комутаційні характеристики.

    Скріншот 2021-05-12 о 22.32.00 png
    Рисунок\(\PageIndex{2}\): Порівняння комутаційних характеристик молекулярних транзисторів з широким і вузьким енергетичними рівнями. Зверніть увагу на різні поточні шкали.

    Походження перемикання FET пояснено на малюнку 5.2.3. Потенціал затвора діє на зсув енергетичних рівнів в молекулі щодо контактних хімічних потенціалів. Коли рівень енергії штовхається між собою\(\mu_{1}\) і\(\mu_{2}\) електрони можуть бути введені з джерела. Відповідно, спостерігається збільшення струму. Подальше збільшення потенціалу затвора виштовхує рівень енергії з резонансу, і струм знову зменшується на ~ 6,4 В.

    Скріншот 2021-05-12 о 22.34.10.png
    Малюнок 5.2.1. Зовнішній резонанс розриву провідності відкривається, оскільки для витягування молекулярного рівня між джерелом та стіком хімічних потенціалів потрібно додаткове зміщення джерела-стоку.