Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Пробники и тестеры, самодельные схемы (Страница 8)


Тестер для высокочастотного транзистора Схема тестера позволяет определить, является ли неизвестный тестируемый прибор полевым транзистором низкой, высокой или очень высокой частоты или речь идет о транзисторе п-р-п или р-п-р. Испытываемый транзистор вставляется в схему генератора с изменяющейся частотой с помощью клемм "В” (база),...

0 1889 0

Схема для проверки тока утечки диодов и полевых транзисторов Испытываемый полевой транзистор совместно с резистором сопротивлением 22 кОм подключен как истоковый повторитель. Затвор транзистора заземлен через конденсатор С. Ток утечки полевого транзистора заряжает конденсатор со скоростью, которая непосредственно пропорциональна току утечки и косвенно...

0 2998 0

Подбор операционных усилителей

Представленная достаточно простая схема тестирует состояние четырех операционных усилителей Нортона (LM3900 производства National или МС3401 — Motorola). Может использоваться также для подбора или выбора деталей с похожей характеристикой постоянного тока. Испытываемый усилитель помещается в...

0 1869 0

Тестовый генератор для транзисторов С любыми исправными транзисторами схема, представленная на рисунке издает в наушниках слышимый непрерывный тональный звук. Для проверки другого транзистора необходимо заменить им, в соответствующем гнезде, заведомо исправный транзистор (PNP или NPN). Отсутствие звука говорит о том, что...

0 2111 0

Тестер для герметичных катушек

Тестер позволяет проводить быстрое тестирование герметично закрытых катушек без их разрушения на предмет обрыва или короткого замыкания обмотки, короткого замыкания между катушками и перепутанной полярности выводов. Схема может использоваться для одновременного теста всех катушек записывающей...

0 2116 0

Простой тестер для кварцевого резонатора

Простая схема генератора на одном транзисторе проверяет функционирование и резонансную частоту кварцевого резонатора (кварца), если это необходимо или когда требуется подобрать подобранные кварцы для фильтра.

Для проверки частоты сигнал с выхода кварцевого генератора поступает в счетчик...

0 2330 1

Диодный характериограф Схема разрабатывалась для того, чтобы воспроизводить кривые характеристик напряжения/тока диодов или других комплектующих изделий с использованием 2-входового осциллографа. Напряжение развертки может быть любым небольшим переменным напряжением, например, 20 В от регулируемого трансформатора. ...

0 1701 0

Диодный пробник с осциллографом Диоды проверяются и подбираются с использованием достаточно простой установки. На вход вертикальной развертки осциллографа после трансформатора поступает сигнал с частотой питающей сети. На вход горизонтальной развертки осциллографа поступает сигнал с тестируемого диода. Отсортировав диоды по их...

1 1883 0

Транзисторно-диодный пробник-тестер Пробник  при тестировании определяет полярность, короткое замыкание и обрыв. Для индикации используются 6 светодиодов. Схема формирует цифровой 3-фазный сигнал с помощью генератора частотой 2 кГц, который совместно со светодиодами используется для тестирования изделия.
Сигнал генератора...

0 2337 0

Характериограф для полевого транзистора

Четыре операционных усилителя в одном корпусе типа LM324 и полевой транзи-стор-переключатель с p-n-переходом J176 образуют основу простого характериографа, который может использоваться совместно с осциллографом. Схема показывает ток стока с помощью напряжения затвора как для p-канального, так и...

0 2305 0


Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

СХЕМЫ ПРОСТЫХ ПРОБНИКОВ

   Такие полезные радиолюбительские пробники удобны тем, что имеют простую конструкцию, содержат минимум элементов и при этом универсальны – можно быстро проверить работоспособность практически любых широко применяемых транзисторов (кроме полевых) и звуковых или ВЧ-каскадов.

Транзисторные пробники

   Ниже приведены две схемы транзисторных пробников. Они представляют собой простейшие автогенераторы, где в качестве активного элемента используется проверяемый транзистор. Особенностью обеих схем является то, что с их помощью можно проверять транзисторы не выпаивая их из схемы. Также можно таким пробником определить цоколевку выводов и структуру (p-n-p, n-p-n ) неизвестных вам транзисторов опытным путем, просто попеременно подключая его щупы к разным выводам транзистора. При исправном транзисторе и правильном его подключении раздастся звуковой сигнал. Никакой, даже маломощный транзистор вы при этом не повредите (при неправильном его включении), так как токи при проверке очень малы и ограничены другими элементами схемы. Первая схема с трансформатором: 

   Аналогичный трансформатор можно взять из любого старого карманного транзисторного приемника, например «Нева», «Селга», «Сокол» и аналогичного (это – переходной трансформатор между каскадами приемника, а не тот, который стоит на выходе у динамика!). При этом вторичную обмотку трансформатора (она со средним выводом) надо уменьшить до 150 – 200 витков. Конденсатор может быть емкостью от 0,01 до 0,1 мкФ, при этом изменится только тональность звука при проверке. При исправном проверяемом транзисторе в телефонном капсюле, подключенном ко второй обмотке трансформатора, раздастся звук. 

   Второй пробник бестрансформаторный, хотя принцип работы аналогичен предыдущей схеме:

   Пробник собирается в подходящем корпусе небольших размеров. Деталей немного и схему можно спаять навесным монтажом, прямо на контактах переключателя. Батарея типа «Крона». Переключатели – с двумя группами контактов на переключение, например типа «П2-К». Щупы «Эмиттер», «База» и «Коллектор» — провода разных цветов (лучше сделать так, чтобы буква цвета провода соответствовала выводу транзистора. Например: :коллектор – красный или коричневый, база — белый, эмиттер – любой другой цвет). Так удобнее будет пользоваться. На концы проводов нужно припаять наконечники, например из проволоки или тонких длинных гвоздей. Припаять провод к гвоздю можно на таблетке простого аспирина (ацетилсалициловая кислота). В качестве звукового излучателя следует взять высокоомный телефонный капсюль (типа «ДЭМШ» или, например, из телефонной трубки старых типов аппаратов), потому что громкость звука у них достаточно высокая.

Или же использовать высокоомные наушники.

   Пробник транзисторов, собранный по этой схеме, я лично использую уже много лет и он реально работает без всяких нареканий. Можно проверять любые транзисторы – от микромощных, до большой мощности. Только вот оставлять пробник с включенной батареей надолго не следует, потому что батарейка быстро сядет. Поскольку схема собиралась мной много лет назад, то использовались германиевые транзисторы типа МП-25А (или любые из серии МП-39, -40, -41, -42).

   Вполне возможно, что подойдут и современные кремниевые транзисторы, но лично мною такой вариант на практике не проверялся. То есть схема будет, конечно, работоспособна как генератор, но как будет себя вести при проверки транзисторов без выпайки их из схемы, я сказать затрудняюсь. Потому что ток открывания германиевых элементов меньше, чем у кремниевых (типа КТ-361, КТ-3107 и др.).

Пробник звуковых и ВЧ-каскадов

   Для этих целей можно сделать очень простой пробник-мультивибратор на двух транзисторах.

 

   Таким пробником можно быстро найти неисправный каскад или активный элемент (транзистор или микросхему) в неработающей схеме. При проверке звуковых каскадов (усилителей, приемников и т.д.) его щуп Х2 нужно подключить к общему проводу (GND) проверяемой схемы, а щупом Х1 касаться поочередно выходных и входных точек каждого каскада, начиная от выхода всего устройства. Сигнализатором исправности/неисправности в данном случае является динамик (или наушники) проверяемого устройства. Например, сначала подаем сигнал на вход оконечного каскада (питание проверяемого устройства должно быть включено!) и, если звук в динамике есть, значит выходной каскад исправен. Затем касаемся щупом входа предоконечного каскада и т.д., двигаясь в сторону входных каскадов устройства. Если на каком-то из каскадов звука в динамике не будет, то здесь и следует искать неисправность.

   Из-за простоты схемы этот пробник-генератор помимо основной частоты (около 1000 Гц) выдает и многочисленные гармоники, кратные основной частоте (10, 100, … к Гц). Поэтому его можно использовать и для высокочастотных каскадов, например, приемников. Причем щуп Х2 в этом случае не обязательно даже подключать к общему проводу проверяемого устройства, сигнал будет поступать на проверяемые каскады за счет емкостной связи. При проверке работоспособности приемника с магнитной антенной достаточно приблизить к антенне щуп Х1. Конструктивно этот пробник может быть сделан на плате из фольгированного текстолита и выглядеть так: 

   В качестве вкл./выкл. питания можно использовать микропереключатель (микрик, кнопку) без фиксации. Тогда питание на мультивибратор будет подаваться при нажатии на эту кнопку. Автор статьи: Барышев А.

Прибор для проверки мощных полевых транзисторов мосфет

Для проверки исправности полевого транзистора можно воспользоваться любым цифровым мультиметром с функцией «прозвонки» диодов. Данная функция работает таким образом, что позволяет измерить прямое падение напряжения на p-n-переходе, которое и будет отображено на дисплее мультиметра в ходе тестирования.

В процессе данной проверки мультиметр способен пропустить через проверяемую цепь ток в пределах нескольких миллиампер, и если падение напряжения окажется при этом слишком малым, то в случае наличия у прибора функции звукового оповещения, он запищит. А поскольку в любом полевом транзисторе присутствуют p-n-переходы, то можно рассчитывать на вполне адекватный результат.

Прежде чем проверять полевой транзистор на исправность, замкните на секунду фольгой все его выводы чтобы снять статический заряд, чтобы разрядить все его переходные емкости, включая емкость затвор-исток.

Проверка встроенного обратного диода

Практически в любом современном полевом транзисторе, за исключением специальных их типов, параллельно цепи сток-исток включен внутренний «защитный» диод.

Наличие этого диода внутри полевика обусловлено особенностями технологии производства мощных транзисторов. Иногда он мешает, считается паразитным, однако в большинстве полевых транзисторов без него, как части цельной структуры электронного компонента, не обойтись. Следовательно, в исправном полевом транзисторе данный диод тоже должен быть исправным. В n-канальном полевом транзисторе данный диод включен катодом к стоку, анодом — к истоку, а в p-канальном — анодом к стоку, катодом — к истоку.

Включите мультиметр в режим «прозвонки» диодов. Если полевой транзистор является n-канальным, то красный щуп мультиметра приложите к его истоку (source), а черный — к стоку (drain).

Обычно сток находится посередине и соединен с проводящей подложкой транзистора, а истоком является правый вывод (уточните это в datasheet). В случае если внутренний диод исправен, на дисплее мультиметра отобразится прямое падение напряжения на нем – в районе 0,4-0,7 вольт. Если теперь положение щупов изменить на противоположное, то прибор покажет бесконечность. Если все так, значит внутренний диод исправен.

Проверка цепи сток-исток

Полевой транзистор управляется электрическим полем затвора. И если емкость затвор-исток зарядить, то проводимость в направлении сток-исток увеличится.

Итак, если транзистор является n-канальным, приложите черный щуп к затвору (gate), а красный — к истоку, и через секунду измените расположение щупов на противоположное — красный к затвору, а черный — к истоку. Так мы сначала наверняка разрядили затвор, а после — зарядили его. Затвор обычно слева, а исток — справа (см. datasheet).

Теперь красный щуп переместите с затвора — на сток, а черный пусть останется на истоке. Если транзистор исправен, то как только вы переместите красный щуп с затвора на сток, мультиметр покажет что на стоке есть падение напряжения (не бесконечное, но может увеличиваться) — это значит, что транзистор перешел в проводящее состояние.

Теперь красный щуп на исток, а черный — на затвор (разряжаем затвор противоположной полярностью), после чего снова красный щуп на сток, а черный — на исток. Прибор должен показать бесконечность — транзистор закрылся. Для p-канального полевого транзистора щупы просто меняются местами.

Если прибор запищит

Если на этапе проверки сток-исток прибор запищит, это может быть вполне нормальным, ведь у современных полевых транзисторов сопротивление сток-исток в открытом состоянии бывает очень маленьким. Главное — чтобы не было звона затвор-исток и сток-исток, особенно в тот момент когда затвор заряжен противоположной полярностью. Как вариант, можно соединить затвор с истоком и в таком положении прозвонить сток-исток (для n-канального красный на сток, черный — на исток), прибор должен показать бесконечность.

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях:

Часто в ремонте разной электронной техники возникает подозрение в неисправности биполярных или полевых (Mosfet) транзисторов. Помимо специализированных приборов и пробников для проверки транзисторов, существуют способы доступные всем, из минимума нам подойдет самый простой тестер или мультиметр.

Как мы знаем транзисторы, в основном, бывают двух разновидностей: биполярные и полевые, принцип работы их похож но способы проверки существенно отличаются, поэтому мы рассмотрим разные методы проверки для каждых транзисторов по отдельности.

Проверка биполярных транзисторов

Способы проверки биполярных транзисторов достаточно просты и для удобства нужно помнить что биполярный транзистор условно представляет из себя два диода с точкой по середине, по сути из двух p-n переходов.

Биполярные транзисторы существуют двух типов проводимости: p-n-p и n-p-n что необходимо помнить и учитывать при проверке.

А диод как мы знаем, пропускает ток только в одну сторону, что мы и будем проверять.
Если так получится что ток проходит в обе стороны перехода то это явно указывает на то что транзистор "пробит" но это все условности, в реальности же при замере сопротивления ни в какой из позиций проверяемых переходов не должно быть "нулевого" сопротивления – поэтому это и есть самый простой способ выявления поломки транзистора.
Ну а теперь рассмотрим более достоверные способы проверки и поподробней.

И так выставляем тестер или мультиметр в режим прозвонки (проверка диодов), дальше нужно убедится в том что щупы вставлены в правильные разъемы (красный и черный), а на дисплее нет значка "разряжен". На дисплее должна быть единица а при замыкание щупов должны высветится нули (или близкие к нулям значения), также должен прозвучать звуковой сигнал. И так мы убедились в выборе правильного режима мультиметра, можем приступать к проверке.

И так поочередно проверяем все переходы транзистора:

  • База – Эмиттер – исправный переход будит вести себя как диод, то есть проводить ток только в одном направление.
  • База – Коллектор – исправный переход будит вести себя как диод, то есть проводить ток только в одном направление.
  • Эмиттер – Коллектор – в исправном состояние сопротивление перехода должно быть "бесконечное", то есть переход не должен пропускать ток или прозваниватmся ни в одном из положений полярности.

В зависимости от полярности транзистора (p-n-p или n-p-n) будит зависить лишь направление "прозвонки" переходов база-эмиттер и база-коллектор, с разной полярностью транзисторов направление будет противоположное.

Как определяется "пробитый" переход?
Если мультиметр обнаружит что какой ли бо из переходов (Б-К или Б-Э) в обоих из включений полярности имеет "нулевое" сопротивление и пищит звуковая индикация то такой переход пробит и транзистор неисправен.

Как определить обрыв p-n перехода?
Если один из переходов в обрыве – он не будит пропускать ток и прозваниватся ни в одну из сторон полярности как бы вы не меняли при этом полярность щупов.

Думаю всем понятно как проверять переходы транзистора, суть проверки такая же как у диодов, черный (минусовой) щуп ставим например на коллектор, а красный щуп (плюсовой) на базу и смотрим показания на дисплее. Затем меняем щупы тестера местами и смотрим показания снова. В исправного транзистора в одном случае должно быть какое то значение, как правило больше 100, в другом случае на дисплее должна быть единица "1" что говорит о "бесконечном" сопротивление.

Проверка транзистора стрелочным тестером

Принцип проверки все тот же, мы проверяем переходы (как диоды)
Отличие лишь в том что такие "омметры" не имеют режима прозвонки диодов и "бесконечное" сопротивление у них находится в начальном состояние стрелки, а максимальное отклонение стрелки будит уже говорить о "нулевом" сопротивление. К этому нужно просто привыкнуть и помнить о такой особенности при проверке.
Измерения лучше всего производить в режиме "1Ом" (можно пробовать и до *1000Ом пределе).

Для проверки в схеме (не выпаивая) стрелочным тестером можно даже более точно определить сопротивление перехода если он в схеме зашунтирован низкоомным резистором, например показания сопротивления в 20 Ом будет уже указывать о том что сопротивление перехода не "нулевое" а значит большая вероятность что переход исправен. С мультиметром же в режиме прозвонки диодов будит такая картина что он попросту будет показывать "кз" и пищать (тоже конечно зависит от точности прибора).

Если не известно где база, а где эмиттер и коллектор. Цоколевка транзистора?

У транзисторов средней и большой мощности вывод коллектора всегда на корпусе который переиначенный для закрепления на радиатора, так что с этим проблем не будит. А уже зная расположение коллектора, найти базу и эмиттер будит намного проще.
Ну а если транзистор малой мощности в пластмассовом корпусе где все выводы одинаковы будим применять такой способ:
Все что нам нужно – поочередно замерить все комбинации переходов прикасаясь щупами поочередно к разным выводам транзистора.

Нам нужно найти два перехода которые покажут бесконечность "1". Например: мы нашли бесконечность между правим-левим и правим-среднем, то есть по сути мы нашли и измеряли обратное сопротивления двух p-n переходов (как диодов) из этого размещение базы стает очевидным – база справа.
Дальше ищем где коллектор а где эмиттер, для этого от базы уже измеряем прямое сопротивление переходов и здесь все стает ясно так как сопротивление перехода база-Коллектор всегда меньше по сравнению с переходом база-Эмиттер.

Быстрая точная проверка транзистора

Если под руками есть мультиметр с функцией тестирования коэффициента усиления транзисторов – замечательно, проверка займет несколько секунд, здесь лишь надо будет определить правильную цоколевку (если конечно она не известна).
У таких мультиметров проверочные гнезда состоят из двух отделов p-n-p и n-p-n, а кроме того каждый отдел имеет три комбинации как можно вставить туда транзистор, то есть вместе не более 6 комбинаций, и только лишь одна правильная которая должна показать коэффициент усиления транзистора, за условий что он исправен.

Простой пробник

В данной схеме транзистор будет работать как ключ, схема очень простая и удобная если нужно часто и много проверять транзисторы.

Если транзистор рабочий – при нажатие кнопки светодиод светится, при отпускание гаснет.
Схема представлена для n-p-n транзисторов, но она универсальна, все что нужно сделать, это поставить параллельно к светодиоду еще один светодиод в обратной полярности, а при проверке p-n-p транзистора – просто менять полярность источника питания.

Если по данной методике что то идет не так, задумайтесь, а транзистор ли перед вами и случайно быть может он не биполярный, а полевой или составной.
Часто бывает путают при проверке составные транзисторы пытаясь их проверить стандартным способом, но нужно в первую очередь смотреть справочник или "даташит" со всем описанием транзистора.

Как проверить составной транзистор

Чтобы проверить такой транзистор его необходимо "запустить" то есть он должен как бы работать, для создания такого условия есть простой но интересный способ.
Стрелочным тестером, выставленным в режим проверки сопротивления (предел *1000?) подключаем щупы, плюсовой на коллектор, минусовой на эмиттер – для n-p-n (для p-n-p наоборот) – стрелка тестера не двинется сместа оставаясь в начале шкалы "бесконечность" (для цифрового мультиметра "1")
Теперь если послюнявить палиц и замкнуть им прикоснувшысь к выводам базы и коллектора то стрелка сдвинется с места от того что транзистор немного приоткроется.
Таким же способом можно проверить любой транзистор даже не выпаивая з схемы.
Но следует помнить что некоторые составные транзисторы имеют в своем составе защитные диоды в переходе эмиттер-коллектор что дает им преимущество в работе с индукционной нагрузкой, например с электромагнитным реле.

Проверка полевых транзисторов

Здесь есть один отличительный момент при проверке таких транзисторов – они очень чувствительны к статическому электричеству которое способно вывести из строя транзистор если не соблюдать методы безопасности при проверке а также выпайке и перемещению. И в большей мере подвержены статике именно маломощные и малогабаритные полевые транзисторы.

Какие методы безопасности?
Транзисторы должны находится на столе на металлическом листе который подключен к заземлению. Для того чтобы снять с человека предельный статический заряд – применяют антистатический браслет который надевают на запястье.
Кроме того хранение и транспортировка особо чувствительных полевиков должна быть з закорочеными выводами, как правило выводы просто обматывают тонкой медной проволкой.

Полевой транзистор в отличие от биполярного управляется напряжением, а не током как у биполярного, поэтому прикладывая напряжение к его затвору мы его или открываем (для N-канального) или закрываем (для P-канального).

Проверить полевой транзистор можно как стрелочным тестером так и цифровым мультиметром.
Все выводы полевого транзистора должны показывать бесконечное сопротивление, независимо от полярности и напряжения на щупах.

Но если поставить положительный щуп тестера к затвору (G) транзистора N-типа, а отрицательный – к истоку (S), зарядится емкость затвора и транзистор откроется. И уже измеряя сопротивления между стоком (D) и истоком (S) прибор покажет некоторое значение сопротивления, которое зависит от ряда факторов, например емкости затвора и сопротивления перехода.

Для P-канального типа транзистора полярность щупов обратная. Также для чистоты эксперимента, перед каждой проверкой необходимо закорачивать выводы транзистора пинцетом чтобы снять заряд с затвора после чего сопротивление сток-исток должно снова стать "бесконечным" ("1") – если это не так то транзистор скорее всего неисправен.

Особенностью современных мощных полевых транзисторов (MOSFET’ов) есть то что канал сток-исток прозванивается как диод, встроенный диод в канале полевого транзистора есть особенностью мощных полевиков (явление производственного процесса).
Чтобы не посчитать такую "прозвонку" канала за неисправность просто следует помнить о диоде.

В исправном состояние переход сток-исток MOSFETа должен в одну сторону звониться как диод а в другую показывать бесконечность (в закрытом состояние – после закорачивания выводов) Если переход прозваниваеться в обе стороны с "нулевым" сопротивлением то такой транзистор "пробит" и неисправен

Наглядный способ (экспресс проверка)

  • Необходимо замкнуть выводы транзистора
  • Тестером в режиме прозвонки (диод) ставим плюсовой щуп к истоку, а минусовой к стоку (исправный покажет 0.5 – 0.7 вольта)
  • Теперь меняем щупы местами (исправный покажет "1" или по другому говоря бесконечное сопротивление)
  • Минусовой щуп ставим к истоку, а плюсовой на затвор (открываем транзистор)
  • Минусовой щуп оставляем на истоке, а плюсовой сразу ставим на сток, исправный транзистор будет открыт и покажет 0 – 800 милливольт
  • Теперь можем поменять плюсовой и минусовой щупы местами, в обратной полярности переход сток-исток должен иметь такое же сопротивление.
  • Плюсовой щуп ставим к истоку, а минусовой на затвор – транзистор закроется
  • Можем снова проверить переход сток-исток, он должен показывать снова "бесконечное" сопротивление так как транзистор уже закрыт (но помним про диод в обратной полярности)

Большая емкость затвора некоторых полевых транзисторов (особенно мощных) позволяет некоторое продолжительное время сохранять транзистор открытим, что позволяет нам открыв его проверять сопротивление сток-исток уже убрав плюсовой щуп с затвора. Но у транзисторов с малой емкостью затвора необходимо очень быстро перемещать щупы что бы зафиксировать правильную работу транзистора.

Примечание: для проверки P-канального полевого транзистора, процесс выглядит также но щупы мультиметра должны быть противоположной полярности. Для удобства можно перекинуть их местами (красный на минус, а черный на плюс) и использовать все туже описану выше инструкцию.

Проверяя транзистор по такой методике канал сток-исток можно открывать и закрывать даже пальцем, например чтобы открыть достаточно прикоснутся пальцем к затвору держась при этом второй рукой за плюс, а чтобы закрыть нужно все также прикоснутся к затвору но уже держась другим пальцем или второй рукой за минус. Интересный опыт который дает понимание того что транзистор управляется не током (как у биполярных) а напряжением.

Простая схема пробника для проверки полевых транзисторов

Можно собрать простую и эффективную схему проверки полевиков которая достаточно ясно даст понять о состояние транзистора, к тому же достаточно быстро можно перекидать транзисторы если их предстоит проверять часто и много. В некоторых схемах можно проверить транзистор даже полностью не выпаивая его с платы.

Схема универсальна как для P-канальных так и для N-канальных полевых транзисторов в ней присутствует два светодиода включенных в обратной полярности друг к другу (каждый для своего типа) и все что остается при смене типа проверяемого полевого транзистора – просто поменять полярность источника питания.

MOSFET — проверка и прозвонка

Проверка и определение цоколевки MOSFET

Как показывает опыт, новички, сталкивающиеся с проверкой элементной базы подручными средствами, без каких-либо проблем справляются с проверкой диодов и биполярных транзисторов, но затрудняются при необходимости проверить столь распространенные сейчас MOSFET-транзисторы (разновидность полевых транзисторов). Я надеюсь, что данный материал поможет освоить этот нехитрый способ проверки полевых транзисторов.

Очень кратко о полевых транзисторах

На данный момент понаделано очень много всяких полевых транзисторов. На рисунке показаны графические обозначения некоторых разновидностей полевых транзисторов.

G-затвор, S-исток, D-сток. Сравнивая полевой транзистор с биполярным, можно сказать, что затвор соответствует базе, исток – эмиттеру, сток полевого транзистора – коллектору биполярного транзистора.

Наиболее распространены n-канальные MOSFET – они используются в цепях питания материнских млат, видеокарт и т.п. У MOSFET имеется встроенный диод:

MOSFET n-канальный (слева) и p-канальный (справа).

Транзисторы лучше рисовать с диодом — чтобы потом было проще в схеме ориентироваться. Этот диод является паразитным и от него не удается избавиться на этапе изготовления транзистора. Вообще при изготовлении MOSFET возникает паразитный биполярный транзистор, а диод – один из его переходов. Правда нужно признать, что по схемотехнике этот диод все равно частенько приходится ставить, поэтому производители транзисторов этот диод шунтируют диодом с лучшими показателями как по быстродействию, так и по падению напряжения. В низковольтные MOSFET обычно встраивают диоды Шоттки. А вообще в идеале этого диода не должно было бы быть.

Типовое включение полевого (MOSFET) транзистора:

MOSFET типовое включение

Проверка полевых транзисторов (MOSFET)

И вот, иногда наступает момент, когда необходимо полевой транзистор проверить, прозвонить или определить его цоколевку. Сразу оговоримся, что проверить таким образом можно «logic-level» полевые транзисторы, которые можно встретить в цепях питания на материнских платах и видеокартах. «logic-level» в данном случае означает, что речь идет о приборах, которые управляются, т.е. способны полностью открывать переход D-S, при приложении к затвору относительно небольшого, до 5 вольт, напряжения. На самом деле очень многие MOSFET способны открыться, пусть даже и не полностью, напряжением на затворе до 5В.

В качестве примера возьмем N-канальный MOSFET IRF1010N для его проверки (прозвонки). Известно, что у него такая цоколевка: 1 – затвор (G), 2 – сток (D), 3 – исток (S). Выводы считаются как показано на рисунке ниже.

Распиновка корпуса TO-220

1. Мультиметр выставляем в режим проверки диодов, этот режим очень часто совмещен с прозвонкой. У цифрового мультиметра красный щуп «+», а черный «–», проверить это можно другим мультиметром.
На любом уважающем себя мультиметре есть такая штуковина

Прозвонка диодов, да и вообще полупроводниковых переходов на мультиметре.

2. Щуп «+» на вывод 3, щуп «–» на вывод 2. Получаем на дисплее мультиметра значения 400…700 – это падение напряжения на внутреннем диоде.

3. Щуп «+» на вывод 2, щуп «–» на вывод 3. Получаем на дисплее мультиметра бесконечность. У мультиметров обычно обозначается как 1 в самом старшем разряде. У мультиметров подороже, с индикацией не 1999 а 4000 будет показано значение примерно 2,800 (2,8 вольта).

4. Теперь удерживая щуп «–» на выводе 3 коснуться щупом «+» вывода 1, потом вывода 2. Видим, что теперь щупы стоят так же, как и в п.3, но теперь мультиметр показывает 0…800мВ – у MOSFET открыт канал D-S. Если продолжать удерживать щупы достаточно долго, то станет заметно, что падение напряжения D-S увеличивается, что означает, что канал постепенно закрывается.

5. Удерживая щуп «+» на выводе 2, щупом «–» коснуться вывода 1, затем вернуть его на вывод 3. Как видим, канал опять закрылся и мультиметр показывает бесконечность.

Поясним, что же происходит. С прозвонкой внутреннего диода все понятно. Непонятно почему канал остается либо закрытым, либо открытым? На самом деле все просто. Дело в том, что у мощных MOSFET емкость между затвором и истоком достаточно большая, например у взятого мной транзистора IRF1010N измеренная емкость S-G составляла 3700пФ (3,7нФ). При этом сопротивление S-G составляет сотни ГОм (гигаом) и более. Не забыли – полевые транзисторы управляются электрическим полем, а не током в отличие от биболярных. Поэтому в п.4 касаясь “+” затвора (G) мы его заряжаем относительно истока (S) как обычный конденсатор и управляющее напряжение на затворе может держаться еще достаточно долго.

Если хвататься за выводы транзистора руками, особенно жирными и влажными, емкость транзистора будет разряжаться значительно быстрее, т.к. сопротивление будет определяться не диэлектриком у затвора транзистора, а поверхностным сопротивлением. Не смытый флюс также сильно снижает сопротивление. Поэтому рекомендую помыть транзистор, перед проверкой, например, в спирто-бензиновой смеси.

P.S. Спирто-бензиновая смесь при испарении может генерировать статическое электричество, которое, как известно, негативно действует на полевые транзисторы.

Небольшие пояснения о мультиметрах

1. У цифровых мультиметров режим проверки диодов проводится измерением падения напряжения на щупах, при этом по щупам прибор пропускает стабильный ток 1мА. Именно поэтому в данном режиме прибор показывает не сопротивление, а падение напряжения. Для германиевых диодов оно равно 0,3…0,4В, для кремниевых 0,6…0,8В. Но что бы там не измерялось напряжение на щупах прибора редко превышает 3В – это ограничение накладывается схемотехникой мультиметров.
2. В п.4 при измерении падения напряжения открытого канала величина, отображаемая мультиметром может сильно меняться от различных факторов: напряжения на щупах, температуры, тока стабилизации, характеристик самого полевого транзистора.

Тренировка =)

Теперь можно потренироваться в определении цоколевки мощного транзистора. Перед нами транзистор IRF5210 и его цоколевка мне неизвестна.

1. Начну с поиска диода. Попробую все варианты подключения к мультиметру. После каждого измерения корочу ножки транзистора фольгой чтобы обеспечить разряд емкостей транзистора. Возможные варианты показаны в таблице:

Т.е. диод находится между выводами 2 и 3, соответственно затвор (G) находится на выводе 1.

2. Осталось определить, где находятся сток (D) и исток (S) и полярность (n-канал или p-канал) полевого транзистора.

2.1. Если это n-канальный транзистор, то сток (D) – 3 вывод, исток (S) – 2 вывод. Проверяем. Прикладываем «–» щуп мультиметра к выводу 2, «+» к выводу 3 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «–» от вывода 2 щупом «+» касаемся вывода 1, затем «+» опять прикладываем к выводу 3. Канал не открылся – значит, наше предположение о том, что IRF5210 n-канальный транзистор оказалось неверным.

2.2. Если это p-канальный транзистор, то сток (D) – 2 вывод, исток (S) – 3. Проверяем. Прикладываем «+» щуп мультиметра к выводу 3, «–» к выводу 2 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «+» от вывода 3 щупом «–» касаемся вывода 1, затем «–» опять прикладываем к выводу 2. Канал открылся – значит, что IRF5210 p-канальный транзистор, вывод 1 – затвор, вывод 2 – сток, вывод 3 – исток.

На самом деле все не так сложно. Буквально пол часа тренировки – и вы сможете без каких-либо проблем проверять MOSFETы и определять их цоколевку!

Схемы для измерений

Схемы для измерений

 

Чтобы убедиться в целости обмоток трансформатора, достаточно «прозвонить» их омметром. Сложнее определить, есть ли в обмотках короткозамкнутые (КЗ) витки

Схемы для измерений

Из-за того, что напряжение отсечки и начальные токи стока полевых транзисторов, даже одного типа, заметно различаются, часто возникает необходимость их отбора до монтажа в устройство.

Схемы для измерений

 

Многие радиолюбители, не имея специального прибора для измерения параметров однопереходных транзисторов, сравнивают измеренные авометром сопротивления р-п переходов транзистора с паспортными значениями.

Схемы для измерений

 

Этот амперметр (см. рисунок) предназначен для измерения тока (до 1 А) высокой частоты (2—30 МГц) и может быть использована при налаживания передатчиков. В основу работы прибора положено явление возрастания сопротивления проводника при увеличении его температуры.

Схемы для измерений

При проверке работоспособности устройств на интегральных микросхемах возникает необходимость индикации прохождения одиночного импульса.

Схемы для измерений

Если в нужную розетку данной cxeмы вставлен исправный транзистор типа Т092, то схема включится в соответствии с типом проверяемого транзистора. Например, если проверяется исправный nрn-транзистор, то загорится светодиод LED1.

Схемы для измерений

Большая часть электронных стетоскопов основана на использовании конструкций с микрофонами. В этой конструкции, рассмотренной в этой статье, применяется дисковый пьезоэлектрический преобразователь.

Схемы для измерений

К прибору можно подключить полевой транзистор с каналом р- или n-типа и проверить его, выбрав переключателем питания нужную полярность напряжения. Если при проведении испытания движок потенциометра R2 установлен в нижнее

Схемы для измерений

Данную пятивходовую схему детектора замыканий в кабеле можно использовать для проверки наличия замыканий между любыми из жил (с числом жил от двух до пяти) длинных отрезков кабеля.

Схемы для измерений

При налаживании любительской связной аппаратуры, ее ремонте или проверке часто требуется измерение напряжения высокой частоты в полосе до 30 МГц (КВ аппараты) и даже до сотен мегагерц (УКВ аппараты).

Простые пробники транзисторов без выпаивания из схемы « схемопедия


Существует множество различных схем для проверки транзисторов и измерения их параметров. Но на практике чаще всего нужно бывает лишь быстро убедиться в том, что транзистор в схеме исправен, не вдаваясь в тонкости его вольт-амперных характеристик.

Ниже приведены две простейших схемы таких пробников. Они имеют минимум деталей и не требуют никакой специальной наладке. При этом с их помощью можно легко и быстро проверить практически любой транзистор (кроме полевых), как маломощный, так и большой мощности,  не выпаивая его из схемы. Также с помощью этих схем можно опытным путем определить цоколевку транзистора, расположение его выводов, если транзистор вам неизвестен и нет справочной информации по нему. Токи через проверяемый транзистор в этих схемах очень малы, поэтому даже при «переполюсовке» транзистор вы не повредите.

Первая схема собрана с использованием маломощного трансформатора  Tr1 (такой можно найти почти в любом старом карманном  или переносном транзисторном приемнике, например «Нева», «Чайка», «Сокол»).

Такие трансформаторы называются переходными и служат для согласования каскадов усиления в приемнике. Вторичную обмотку трансформатора (она со средним выводом) надо уменьшить до 150 – 200 витков.

Измеритель можно собрать в подходящем корпусе небольших размеров. Батарея типа «Крона» располагается в корпусе и подключается через соответствующий разъем. Переключатель S1 – типа «П2-К»  или любой другой с двумя группами контактов на переключение. Конденсатор можно взять емкостью от 0,01 до 0,1 мкФ, при этом изменится тональность звука. Измерительные щупы «э», «б», «к» сделать из отрезков провода разных цветов, причем удобно сделать так, чтобы первая буква цвета провода соответствовала букве вывода транзистора. Например: Красный – «Коллектор», Белый – «База» , Эмиттер – любой другой цвет (потому что нет цвета на букву «Э»! ). На концы проводов нужно припаять небольшие отрезки медного провода в качестве наконечников. Собрать пробник можно навесным монтажом, запаяв резистор и конденсатор прямо па контакты переключателя и трансформатора.

При исправном проверяемом транзисторе в телефонном капсюле, подключенном ко второй обмотке трансформатора раздастся звук. Нужно  использовать  высокоомный звуковой излучатель (типа «ДЭМШ», например), так как громкость его звучания достаточна для хорошей слышимости на расстоянии, поэтому его можно расположить в корпусе устройства, а не выносить наружу. Низкоомные же наушники и динамики будут шунтировать вторичную обмотку трансформатора и устройство может не работать. Можно  включить в качестве излучателя телефонный капсюль (вытащить из старой телефонной трубки. Хотя и из новой тоже подойдет). Если же вообще нет никакого подходящего звукового излучателя с высоким сопротивлением, то можно использовать светодиод, подключив его вместо капсюля через добавочное сопротивление (сопротивление подобрать с учетом выходного напряжения на трансформаторе чтобы яркость его была достаточной), тогда при исправном транзисторе светодиод будет загораться.

Вторая схема пробника бестрансформаторная. Устройство и принцип работы аналогичны предыдущей схеме

Подобная схема используется мною уже много  лет и способна проверять любые транзисторы. В качестве Т1 и Т2 использованы транзисторы старого типа МП-40, которые можно заменить на любые из этой серии (МП-39, -40, -41, -42). Это германиевые транзисторы, ток открывания которых заметно меньше, чем у  кремниевых (типа КТ-361, КТ-3107 и др.) и при проверке транзисторов без  выпаивания из схемы никаких проблем не возникает (влияние на активные элементы проверяемой схемы минимально).  Вполне возможно, что подойдут и современные кремниевые транзисторы, но лично мною такой вариант на практике не проверялся.

Батарею в этой схеме следует отключать после работы,  иначе она будет  разряжаться через открытые переходы транзисторов Т1 и Т2.

Как уже было сказано в начале, с помощью этих пробников можно определить маркировку выводов  и тип проводимости ( p – n – p / n – p – n )неизвестных транзисторов. Для этого выводы транзистора  нужно поочередно подключать  к щупам пробника в разной комбинации и при разных положениях переключателя S1 до проявления звукового сигнала.

Автор: Барышев Андрей

Простые пробники диодов. Основные способы проверки транзистора. Как проверить полевой транзистор мультиметром

Необходимость в таком приборе возникает каждый раз при ремонте сварочного инвертора – необходимо проверить мощный IGBT или MOSFET транзистор на предмет исправности, либо подобрать к исправному транзистору пару, либо при покупке новых транзисторов, убедиться, что это не «перемаркер». Эта тема неоднократно поднималась на множестве форумов, но так и не найдя готового (испытанного) или кем то сконструированного прибора, решил изготовить его самостоятельно.
Идея состоит в том, что необходимо иметь какую-то базу данных различных типов транзисторов, с которой сравнивать характеристики испытываемого транзистора, и если характеристики укладываются в определенные рамки, то его можно считать исправным. Все это делать по какой-то упрощенной методике и простым оборудованием. Необходимую базу данных придется собирать конечно же самому, но это все решаемо.

Прибор позволяет:
- определить исправность (неисправность) транзистора
- определить напряжение на затворе, необходимое для полного открытия транзистора
- определить относительное падение напряжения на К-Э выводах открытого транзистора
- определить относительную емкость затвора транзистора, даже в одной партии транзисторов есть разброс и его косвенно можно увидеть
- подобрать несколько транзисторов с одинаковыми параметрами

Схема

Принципиальная схема прибора представлена на рисунке.


Он состоит из источника питания 16В постоянного тока, цифрового милливольтметра 0-1В, стабилизатора напряжения +5В на LM7805 для питания этого милливольтметра и питания «световых часов» - мигающего светодиода LD1, cтабилизатора тока на лампе – для питания испытуемого транзистора, стабилизатора тока на - для создания регулируемого напряжения (при стабильном токе) на затворе испытуемого транзистора при помощи переменного резистора, и двух кнопок для открытия и закрытия транзистора.

Прибор очень прост по устройству и собран из общедоступных деталей. У меня в наличии был какой-то трансформатор с габаритной мощностью около 40Вт и напряжением на вторичной обмотке 12В. При желании, и в случае необходимости прибор можно питать от АКБ 12В / 0,6 Ач (например). Так же был в наличии .

Я решил использовать питание от сети 220В, т.к на рынок для покупок с прибором не сильно пойдешь, да и сеть все же стабильнее, чем «севший» АКБ. Но… дело вкуса.
Далее, изучая и адаптируя вольтметр, обнаружил интересную его особенность, если на его клеммы L0 и HI подать напряжение, превышающее его верхний порог измерения (1В), то табло просто тухнет и он ничего не показывает, но стоит снизить напряжение и все возвращается к нормальной индикации (это все при постоянном питании +5В между клеммами 0V и 5V). Я решил использовать эту особенность. Думаю, что очень многие цифровые «показометры» имеют такую же особенность. Взять, к примеру, любой китайский цифровой тестер, если в режиме 20В на него подать 200В, то ничего страшного не произойдет, он лишь только высветит «1» и все. Такие табло, подобные моему сейчас есть в продаже.
Возможные .

О работе схемы

Дальше расскажу о четырех интересных моментах по схеме и ее работе:
1. Применение лампы накаливания в цепи коллектора испытуемого транзистора обусловлено стремлением (первоначально было такое желание) визуально видеть, что транзистор ОТКРЫЛСЯ. Кроме того, лампа выполняет здесь еще 2 функции, это защита схемы при подключении «пробитого» транзистора и некоторая стабилизация тока (54-58 mA), протекающего через транзистор при изменении сети от 200 до 240В. Но «особенность» моего вольтметра позволила первую функцию игнорировать, при этом даже выиграв в точности измерений, но об этом позже…
2. Применение стабилизатора тока на позволило НЕ сжечь случайно переменный резистор (когда он в верхнем по схеме положении) и случайно нажатых двух кнопках одновременно, или при испытании «пробитого» транзистора. Величина ограниченного тока в этой цепи даже при коротком замыкании равна 12 mA.
3. Применение 4 шт диодов IN4148 в цепи затвора испытуемого транзистора для медленного разряда емкости затвора транзистора, когда напряжение на его затворе уже снято, а транзистор находится еще в открытом состоянии. Они имеют какой-то ничтожный ток утечки, которым и разряжается емкость.
4. Применение «моргающего» светодиода в качестве измерителя времени (световые часы) при разряде емкости затвора.
Из всего вышесказанного становится абсолютно понятно, как все работает, но об этом чуть позже более подробно…

Корпус и компоновка

Далее был приобретен корпус и все эти комплектующие расположены внутри.



Внешне получилось даже не плохо, за исключением того, что не умею я пока рисовать шкалы и надписи на компьютере, но… В качестве гнезд для испытуемых транзисторов замечательно подошли остатки каких то разъемов. Одновременно был изготовлен выносной кабель для транзисторов с «корявыми» ногами, которые не влезут в разъем.

Ну и вот так это выглядит в работе:

Как пользоваться прибором

1. Включаем прибор в сеть, при этом начинает моргать светодиод, «показометр» не светится
2. Подключаем испытуемый транзистор (как на фото выше)
3. Устанавливаем ручку регулятора напряжения на затворе в крайнее левое положение (против часовой стрелки)
4. Нажимаем на кнопку «Откр» и одновременно потихоньку прибавляем регулятор напряжения по часовой стрелке до момента зажигания «показометра»
5. Останавливаемся, отпускаем кнопку «Откр», снимаем показания с регулятора и записываем. Это есть напряжение открытия.
6. Поворачиваем регулятор до упора по часовой стрелке
7. Нажимаем кнопку «Откр», зажжется «показометр», снимаем с него показания и записываем. Это есть напряжение К-Э на открытом транзисторе
8. Возможно, что за время, потраченное на записи, транзистор уже закрылся, тогда открываем его еще раз кнопкой, и после этого отпускаем кнопку «Откр» и нажимаем кнопку «Закр» - транзистор должен закрыться и «показометр» соответственно потухнуть. Это есть проверка целостности транзистора – открывается и закрывается
9. Опять открываем транзистор кнопкой «Откр» (регулятор напряжения в максимуме) и, дождавшись ранее записанных показаний, отпускаем кнопку «Откр» одновременно начиная подсчитывать количество вспышек (морганий) светодиода
10. Дождавшись потухания «показометра» записываем количество вспышек светодиода. Это и есть относительное время разряда емкости затвора транзистора или время закрытия (до увеличения падения напряжения на закрывающемся транзисторе более чем 1В). Чем это время (количество) больше, тем соответственно емкость затвора больше.

Дальше проверяем все имеющиеся транзисторы, и все данные сводим в таблицу.
Именно из этой таблицы и происходит сравнительный анализ транзисторов – фирменные они или «перемаркеры», соответствуют своим характеристикам или нет.

Ниже приведена таблица, которая получилась у меня. Желтым выделены транзисторы, которых не оказалось в наличии, но я ими точно когда то пользовался, поэтому оставил их на будущее. Безусловно, в ней представлены не все транзисторы, которые проходили через мои руки, кое что просто не записал, хотя пишу вроде всегда. Безусловно у кого то при повторении этого прибора может получиться таблица с несколько иными цифрами, это возможно, т.к цифры зависят от многих вещей: от имеющейся лампочки или трансформатора или АКБ, например.


Из таблицы видно, чем отличаются, транзисторы, например G30N60A4 от GP4068D. Отличаются временем закрытия. Оба транзистора применяются в одном и том же аппарате – Телвин, Техника 164, только первые применялись немного раньше (года 3, 4 назад), а вторые применяются сейчас. Да и остальные характеристики по ДАТАШИТ у них приблизительно одинаковы. А в данной ситуации все наглядно видно – все налицо.

Кроме того, если у Вас получилась табличка всего из 3-4 или 5 типов транзисторов, и остальных просто нет в наличии, то можно, наверное, посчитать коэффициент «согласованности» ваших цифр с моей таблицей и, используя его, продолжить свою таблицу, используя цифры из моей таблицы. Думаю, что зависимость «согласованности“ в этой ситуации будет линейной. Для первого времени, наверное хватит, а потом подкорректируете свою таблицу со временем.
На этот прибор я потратил около 3 дней, один из которых покупал некоторую мелочевку, корпус и еще один на настройку и отладку. Остальное работа.

Безусловно, в приборе возможны варианты исполнения: например применение более дешевого стрелочного милливольтметра (необходимо подумать об ограничении хода стрелки вправо при закрытом транзисторе), использовании вместо лампочки еще одного стабилизатора на , применении АКБ, установить дополнительно переключатель для проверки транзисторов с p-каналом и т.д. Но принцип при этом в приборе не изменится.

Еще раз повторюсь, прибор не измеряет величин (цифр) указанных в ДАТАШИТАХ , он делает почти то же самое, но в относительных единицах, сравнивая один образец с другим. Прибор не измеряет характеристик в динамическом режиме, это только статика, как обычным тестером. Но и тестером не все транзисторы поддаются проверке, да и не все параметры можно увидеть. На таких я обычно ставлю маркером знак вопроса "?"

Можно соорудить и проверку в динамике, поставить маленький ШИМ на К176 серии, или что-то подобное.
Но прибор вообще простой и бюджетный, а главное, он привязывает всех испытуемых к одним рамкам.

Сергей (s237)

Украина, Киев

Меня зовут Сергей, проживаю в Киеве, возраст 46 лет. Имею свой автомобиль, свой паяльник, и даже, свое рабочее место на кухне, где ваяю что либо интересное.

Люблю качественную музыку на качественном оборудовании. У меня есть древненький Техникс, на нем все и звучит. Женат, есть взрослые дети.

Бывший военный. Работаю мастером по ремонту и регулировке сварочного, в том числе инверторного, оборудования, стабилизаторов напряжения и многого другого, где присутствует электроника.

Достижений особых не имею, кроме того, что стараюсь быть методичным, последовательным и, по возможности, доводить начатое до конца. Пришел к Вам нетолько взять, но и по возможности - дать, обсудить, поговорить. Вот кратко и все.

Читательское голосование

Статью одобрили 75 читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

Вероятно нет такого радиолюбителя который бы не исповедовал культ радиотехнического лабораторного оборудования. В первую очередь это , приставки к ним и пробники, которые в большинстве являются изготовленными самостоятельно. А так как измерительных приборов много не бывает и это аксиома, как-то собрал небольшой по размерам и с весьма несложной схемой испытатель транзисторов и диодов. Давно уже есть не плохой мультиметр, а самодельным тестером, во многих случаях, продолжаю пользоваться по прежнему.

Схема прибора

Конструктор пробника состоит всего из 7 электронных компонентов + печатная плата. Собирается быстро и работать начинает абсолютно без всякой настройки.

Схема собрана на микросхеме К155ЛН1 содержащей шесть инверторов.При правильном подключении к ней выводов исправного транзистора зажигается один из светодиодов (HL1 при структуре N-P-N и HL2 при P-N-P). Если неисправен:

  1. пробит, вспыхивают оба светодиода
  2. имеет внутренний обрыв, оба не зажигаются

Проверяемые диоды подключаются к выводам «К» и «Э». В зависимости от полярности подключения загораться будут HL1 или HL2.

Компонентов схемы совсем не много но лучше изготовить печатную плату, хлопотно паять провода к ножкам микросхемы напрямую.

И постарайтесь не забыть поставить под микросхему панельку.

Пользоваться пробником можно и без установки его в корпус, но если затратить ещё немного время на его изготовление, то будете иметь полноценный, мобильный пробник, который уже можно взять с собой (например на радиорынок). Корпус на фото изготовлен из пластмассового корпуса квадратной батарейки, которая уже своё отработала. Всего-то делов было удалить прежнее содержимое и отпилить излишки, просверлить отверстия под светодиоды и приклеить планку с разъёмами для подключения проверяемых транзисторов. На разъёмы не лишним будет «одеть» цвета опознавания. Кнопка включения обязательна. Блок питания это привёрнутый несколькими винтами к корпусу батарейный отсек формата ААА.

Крепёжные винты, небольшого размера, удобно пропустить через плюсовые контакты и привернуть с обязательным использованием гаек.

Испытатель в полной готовности. Оптимальным будет использование аккумуляторов ААА, четыре штуки по 1,2 вольта дадут лучший вариант питаемого напряжения в 4,8 вольта.

Всем доброго времени суток, хочу представить вот такой пробник для транзисторов, который точно покажет рабочий он или нет, ведь это надёжнее, чем просто прозванивать его выводы омметром как диоды. Сама схема показана дальше.

Схема пробника

Как мы видим, эта обыкновенный блокинг-генератор. Запускается он легко - деталей очень мало и перепутать что-либо при сборке сложно. Что нам нужно для сборки схемы:

  1. Макетная плата
  2. Светодиод любого цвета
  3. Кнопка без фиксации
  4. Резистор номиналом в 1К
  5. Ферритовое кольцо
  6. Проволока лакированная
  7. Панелька для микросхем

Детали для сборки

Давайте подумаем, что откуда можно наковырять. Такую макетную плату можно сделать самому или купить, самый простой способ собрать навесом или на картонке. Светодиод можно выковырять из зажигалки или из китайской игрушки. Кнопку без фиксации можно ковырнуть с той-же китайской игрушки, либо от любого сгоревшего бытового устройства с подобным управлением.

Резистор не обязательно номиналом 1К - он может отклоняться от заданного номинала в пределах 100R до 10К. Ферритовое кольцо можно достать из энергосберегающей лампы, и не обязательно кольцо - можно использовать также Ш ферритовые трансформаторы и ферритовые стержни, количество витков от 10 до 50 витков.

Проволока лакированная, диаметр допустимо брать практически любой от 0.5 до 0.9 мм, количество витков одинаковое. Способ соединения обмоток для правильной роботы узнаете в процессе испытаний - если не заработает, то просто поменяете местами концы выводов. Вот и все, а теперь небольшое видео работы.

Видео работы испытателя

Этот несложный прибор, принципиальную схему которого вы видите на рисунке, предназначен для выявления скрытых дефектов и контроля обратного неуправляемого тока у биполярных и БСИТ транзисторов любой структуры, при рабочем напряжении 30...600 В. Им так же можно проверить обратный ток тринисторов, симисторов, диодов и определить рабочее напряжение газоразрядных ламп, варисторов, стабилитронов.

Известно, что проверка обычным мультиметром полупроводниковых приборов с максимальным рабочим напряжением более 50 В не дает полного представления о исправности детали, поскольку проверка происходит на слишком низком напряжении, что не позволяет однозначно судить о том, как эта деталь поведет себя при работе на номинальном для нее, значительно более высоком, напряжении.

Те, кому когда-нибудь приходилось ремонтировать телевизоры или мониторы, наверняка могут вспомнить случаи, когда совершенно новый мощный высоковольтный транзистор, установленный в модуль строчной развертки или импульсный источник питания, выходил из строя в первые же секунды работы.

Не редкость и "странное" поведение симисторов и тринисторов в фазовых регуляторах мощности, проявляющееся как мерцание подключенных в качестве нагрузки ламп накаливания. При этом, тиристор обычно начинает заметно греться даже при работе с нагрузкой мощностью 40 Вт.

Многочисленные пробники для проверки "низковольтных" биполярных транзисторов мало подходят для тестирования мощных высоковольтных транзисторов. Например, КТ840А, по справочнику, имеет максимальное напряжение 400 В, при сопротивлении резистора 100 Ом, включенного между его выводами базы и эмиттера, обратный ток коллектора при температуре 25°С не должен превышать 0,1.,3mA.

Понятно, что 3 mА, худшее значение, при котором транзистор может считаться условно исправным. Несколько из проверенных транзисторов этого типа вели себя "прилично" только до напряжения Э-К = 200...250 В. При дальнейшем повышении напряжения обратный ток резко увеличивался, превышая допустимый по справочным данным. При попытке установки в импульсный блок питания МП3-3, два таких транзистора вышли из строя в первые секунды работы, унося с собой "в могилу" по тринистору КУ112А.

Немало дефектных деталей встречается и среди диодов, которые тоже хорошо прозваниваются мультиметром, но на деле могут работать только при низком напряжении.

Следует учитывать, что если у проверяемого транзистора начальный неуправляемый ток хуже чем данный в справочнике, или заведомо хуже чем у других транзисторов этого же типа, то перед вами может быть не просто слегка некачественный экземпляр, а так называемый "перетёр" - когда под видом одного транзистора, вы приобретаете в таком же корпусе другой, но "непопулярный", с которого смыли старую маркировку и нанесли новую.

Транзисторов и электролитических конденсаторов.

Пробник для проверки транзисторов, диодов — первый вариант

Данная схема построена на базе симметричного мультивибратора, но отрицательные связи сквозь конденсаторы С1 и С2 снимаются с эмиттеров транзисторов VT1 и VT4. В тот момент, когда VT2 заперт, положительный потенциал через открытый VT1 создает слабое сопротивление на входе и, таким образом, увеличивается нагрузочное качество пробника .

С эмиттера VT1 положительный сигнал поступает через С1 на выход . Через открытый транзистор VT2 и диод VD1, конденсатор С1 разряжается, в связи с чем данная цепь обладает небольшим сопротивлением.

Полярность выходного сигнала с выходов мультивибратора изменяется с частотой примерно 1кГц и амплитуда его составляет около 4 вольт.

Импульсы с одного выхода мультивибратора идут на разъем X3 пробника (эмиттер проверяемого транзистора), с другого выхода на разъем X2 пробника (база) через сопротивление R5, а также и на разъем X1 пробника (коллектор) через сопротивление R6, светодиоды HL1, HL2 и динамик. В случае исправности проверяемого транзистора загорится один из светодиодов (при n-p-n – HL1, при p-n-p – HL2)

Если же при проверки горят оба светодиода – транзистор пробит, если не горит ни один из них то, скорее всего, у проверяемого транзистора внутренний обрыв. При проверке диодов на исправность, его подсоединяют к разъемам X1 и X3. При исправном диоде будет гореть один из светодиодов, в зависимости от полярности подключения диода.

Так же пробник обладает звуковой индикацией, что очень удобно при прозвонке монтажных цепей ремонтируемого устройства.

Второй вариант пробника для проверки транзисторов

Данная схема по функционалу схожа с предыдущей, но генератор построен не на транзисторах, а на 3-х элементах И-НЕ микросхемы К555ЛА3.
Элемент DD1.4 применяется в роли выходного каскада — инвертор. От сопротивления R1 и емкости C1 зависит частота выходных импульсов. Пробник, возможно, применить и для . Его контакты подключают к разъемам Х1 и Х3. Поочередное мигание светодиодов свидетельствует об исправном электролитическом конденсаторе. Время завершения горения светодиодов связано с величиной емкости конденсатора.

Прибор для проверки мощных IGBT и MOSFET транзисторов (n-канал)

Необходимость в таком приборе возникает каждый раз при ремонте сварочного инвертора – необходимо проверить мощный IGBT или MOSFET транзистор на предмет исправности, либо подобрать к исправному транзистору пару, либо при покупке новых транзисторов, убедиться, что это не «перемаркер». Эта тема неоднократно поднималась на множестве форумов, но так и не найдя готового (испытанного) или кем то сконструированного прибора, решил изготовить его самостоятельно.
Идея состоит в том, что необходимо иметь какую-то базу данных различных типов транзисторов, с которой сравнивать характеристики испытываемого транзистора, и если характеристики укладываются в определенные рамки, то его можно считать исправным. Все это делать по какой-то упрощенной методике и простым оборудованием. Необходимую базу данных придется собирать конечно же самому, но это все решаемо.

Прибор позволяет:
 — определить исправность (неисправность) транзистора
 — определить напряжение на затворе, необходимое для полного открытия транзистора
 — определить относительное падение напряжения на К-Э выводах открытого транзистора
 — определить относительную емкость затвора транзистора, даже в одной партии транзисторов есть разброс и его косвенно можно увидеть
 — подобрать несколько транзисторов с одинаковыми параметрами

Содержание / Contents

Принципиальная схема прибора представлена на рисунке.

Он состоит из источника питания 16В постоянного тока, цифрового милливольтметра 0-1В, стабилизатора напряжения +5В на LM7805 для питания этого милливольтметра и питания «световых часов» - мигающего светодиода LD1, cтабилизатора тока на лампе – для питания испытуемого транзистора, стабилизатора тока на LM317 — для создания регулируемого напряжения (при стабильном токе) на затворе испытуемого транзистора при помощи переменного резистора, и двух кнопок для открытия и закрытия транзистора.

Прибор очень прост по устройству и собран из общедоступных деталей. У меня в наличии был какой-то трансформатор с габаритной мощностью около 40Вт и напряжением на вторичной обмотке 12В. При желании, и в случае необходимости прибор можно питать от АКБ 12В / 0,6 Ач (например). Так же был в наличии китайский цифровой вольтметр-показометр с пределом измерения 0-1 В.

Я решил использовать питание от сети 220В, т.к на рынок для покупок с прибором не сильно пойдешь, да и сеть все же стабильнее, чем «севший» АКБ. Но… дело вкуса.
Далее, изучая и адаптируя вольтметр, обнаружил интересную его особенность, если на его клеммы L0 и HI подать напряжение, превышающее его верхний порог измерения (1В), то табло просто тухнет и он ничего не показывает, но стоит снизить напряжение и все возвращается к нормальной индикации (это все при постоянном питании +5В между клеммами 0V и 5V). Я решил использовать эту особенность. Думаю, что очень многие цифровые «показометры» имеют такую же особенность. Взять, к примеру, любой китайский цифровой тестер, если в режиме 20В на него подать 200В, то ничего страшного не произойдет, он лишь только высветит «1» и все. Такие табло, подобные моему сейчас есть в продаже.
Возможные варианты цифровых вольтметров 0-2 Вольта с доставкой.

Дальше расскажу о четырех интересных моментах по схеме и ее работе:
1. Применение лампы накаливания в цепи коллектора испытуемого транзистора обусловлено стремлением (первоначально было такое желание) визуально видеть, что транзистор ОТКРЫЛСЯ. Кроме того, лампа выполняет здесь еще 2 функции, это защита схемы при подключении «пробитого» транзистора и некоторая стабилизация тока (54-58 mA), протекающего через транзистор при изменении сети от 200 до 240В. Но «особенность» моего вольтметра позволила первую функцию игнорировать, при этом даже выиграв в точности измерений, но об этом позже…
2. Применение стабилизатора тока на LM317 позволило НЕ сжечь случайно переменный резистор (когда он в верхнем по схеме положении) и случайно нажатых двух кнопках одновременно, или при испытании «пробитого» транзистора. Величина ограниченного тока в этой цепи даже при коротком замыкании равна 12 mA.
3. Применение 4 шт диодов IN4148 в цепи затвора испытуемого транзистора для медленного разряда емкости затвора транзистора, когда напряжение на его затворе уже снято, а транзистор находится еще в открытом состоянии. Они имеют какой-то ничтожный ток утечки, которым и разряжается емкость.
4. Применение «моргающего» светодиода в качестве измерителя времени (световые часы) при разряде емкости затвора.
Из всего вышесказанного становится абсолютно понятно, как все работает, но об этом чуть позже более подробно… Далее был приобретен корпус и все эти комплектующие расположены внутри.

Внешне получилось даже не плохо, за исключением того, что не умею я пока рисовать шкалы и надписи на компьютере, но… В качестве гнезд для испытуемых транзисторов замечательно подошли остатки каких то разъемов. Одновременно был изготовлен выносной кабель для транзисторов с «корявыми» ногами, которые не влезут в разъем.

Ну и вот так это выглядит в работе:

1. Включаем прибор в сеть, при этом начинает моргать светодиод, «показометр» не светится
2. Подключаем испытуемый транзистор (как на фото выше)
3. Устанавливаем ручку регулятора напряжения на затворе в крайнее левое положение (против часовой стрелки)
4. Нажимаем на кнопку «Откр» и одновременно потихоньку прибавляем регулятор напряжения по часовой стрелке до момента зажигания «показометра»
5. Останавливаемся, отпускаем кнопку «Откр», снимаем показания с регулятора и записываем. Это есть напряжение открытия.
6. Поворачиваем регулятор до упора по часовой стрелке
7. Нажимаем кнопку «Откр», зажжется «показометр», снимаем с него показания и записываем. Это есть напряжение К-Э на открытом транзисторе
8. Возможно, что за время, потраченное на записи, транзистор уже закрылся, тогда открываем его еще раз кнопкой, и после этого отпускаем кнопку «Откр» и нажимаем кнопку «Закр» — транзистор должен закрыться и «показометр» соответственно потухнуть. Это есть проверка целостности транзистора – открывается и закрывается
9. Опять открываем транзистор кнопкой «Откр» (регулятор напряжения в максимуме) и, дождавшись ранее записанных показаний, отпускаем кнопку «Откр» одновременно начиная подсчитывать количество вспышек (морганий) светодиода
10. Дождавшись потухания «показометра» записываем количество вспышек светодиода. Это и есть относительное время разряда емкости затвора транзистора или время закрытия (до увеличения падения напряжения на закрывающемся транзисторе более чем 1В). Чем это время (количество) больше, тем соответственно емкость затвора больше.

Дальше проверяем все имеющиеся транзисторы, и все данные сводим в таблицу.
Именно из этой таблицы и происходит сравнительный анализ транзисторов – фирменные они или «перемаркеры», соответствуют своим характеристикам или нет.

Ниже приведена таблица, которая получилась у меня. Желтым выделены транзисторы, которых не оказалось в наличии, но я ими точно когда то пользовался, поэтому оставил их на будущее. Безусловно, в ней представлены не все транзисторы, которые проходили через мои руки, кое что просто не записал, хотя пишу вроде всегда. Безусловно у кого то при повторении этого прибора может получиться таблица с несколько иными цифрами, это возможно, т.к цифры зависят от многих вещей: от имеющейся лампочки или трансформатора или АКБ, например.


Из таблицы видно, чем отличаются, транзисторы, например G30N60A4 от GP4068D. Отличаются временем закрытия. Оба транзистора применяются в одном и том же аппарате – Телвин, Техника 164, только первые применялись немного раньше (года 3, 4 назад), а вторые применяются сейчас. Да и остальные характеристики по ДАТАШИТ у них приблизительно одинаковы. А в данной ситуации все наглядно видно – все налицо.

Кроме того, если у Вас получилась табличка всего из 3-4 или 5 типов транзисторов, и остальных просто нет в наличии, то можно, наверное, посчитать коэффициент «согласованности» ваших цифр с моей таблицей и, используя его, продолжить свою таблицу, используя цифры из моей таблицы. Думаю, что зависимость «согласованности“ в этой ситуации будет линейной. Для первого времени, наверное хватит, а потом подкорректируете свою таблицу со временем.
На этот прибор я потратил около 3 дней, один из которых покупал некоторую мелочевку, корпус и еще один на настройку и отладку. Остальное работа.

Безусловно, в приборе возможны варианты исполнения: например применение более дешевого стрелочного милливольтметра (необходимо подумать об ограничении хода стрелки вправо при закрытом транзисторе), использовании вместо лампочки еще одного стабилизатора на LM317, применении АКБ, установить дополнительно переключатель для проверки транзисторов с p-каналом и т.д. Но принцип при этом в приборе не изменится.

Еще раз повторюсь, прибор не измеряет величин (цифр) указанных в ДАТАШИТАХ, он делает почти то же самое, но в относительных единицах, сравнивая один образец с другим. Прибор не измеряет характеристик в динамическом режиме, это только статика, как обычным тестером. Но и тестером не все транзисторы поддаются проверке, да и не все параметры можно увидеть. На таких я обычно ставлю маркером знак вопроса "?"

Можно соорудить и проверку в динамике, поставить маленький ШИМ на К176 серии, или что-то подобное.
Но прибор вообще простой и бюджетный, а главное, он привязывает всех испытуемых к одним рамкам.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

 

Полевые транзисторы

- обзор

9.1.1 Геометрическая масштабируемость

Ширина и длина полевого транзистора (FET) являются ключевыми переменными, доступными разработчикам схем для оптимизации характеристик схемы. Полностью обедненный кремний на изоляторе (FDSOI) представляет собой строгальную технологию, поэтому ширину можно плавно изменять, в отличие от FinFET, где ширина задается целыми числами (одно ребро, два ребра и т. Д.). Поскольку технологии FDSOI нацелены на аналоговые и радиочастотные (RF) приложения, литография обычно настраивается для обеспечения непрерывного диапазона длин.Чтобы воспользоваться этой гибкостью конструкции, модель должна точно воспроизводить характеристики устройства для любого сочетания длины и ширины.

BSIM-IMG имеет обширную физику, встроенную в уравнения для эффектов масштабирования длины канала. Для чисто цифровой модели, которая должна быть точной только для вытянутой длины в диапазоне от минимальной до нескольких более длинных точек, плюс технологическая вариация L , этого может оказаться достаточно. Тем не менее, промышленный разработчик моделей, который должен покрывать расстояние от минимума менее 30 нм до максимума более микрона с точностью, требуемой разработчиками аналоговых и радиочастотных устройств, почти всегда обнаружит, что модель не может достаточно точно соответствовать по всей длине.

Компактная модель всегда должна быть компромиссом, включая всю физику и обеспечивающую быстрое моделирование. В конкретной конструкции устройства опущенные или упрощенные физические данные могут быть достаточно важными, чтобы потребовать более обширного рассмотрения. Поскольку BSIM-IMG является стандартной отраслевой моделью, поддерживаемой коалицией компактных моделей Si2 (CMC), существует механизм для предложения, разработки, тестирования и внедрения изменений модели. По этой причине членами CMC являются большинство литейных производств и поставщиков средств автоматизации проектирования электроники (EDA), а также многие компании без заводов.

Вероятно, наиболее частой причиной несоответствия по длине является печать ворот. Модель регулирует длину, указанную в списке соединений, с дельтой L и даже обеспечивает корректировку с дельтой L для печати на основе геометрии устройства.

Lnew = L + XL

LLLN = Lnew − LLN

LLWN = Lnew − WLN

LWLLN − LWN = LLLN × WLWN

dLIV = LINT + LL × LLLN + LW × WLWN + LWN × WLWN

Leff = Lnew – 2.0 × dLIV

Используя эти параметры модели, можно улучшить соответствие токов и емкости вытянутой длине, особенно для самых коротких длин.

Однако это аналитические функции, которые производят плавное монотонное изменение в L и W . Формирование рисунка с номинальной длиной затвора 28 нм или меньше с использованием литографии с длиной волны 193 нм [1] требует коррекции оптического приближения и использования методов повышения разрешения, таких как вспомогательные функции субразрешения [2]. Это прерывистые процессы, которые вызывают немонотонное и даже прерывистое изменение дельты L в зависимости от нарисованного L , особенно для более длинных устройств, представляющих интерес для разработчиков аналоговых и маломощных радиочастотных схем.

Разработчик модели также часто сталкивается с другими геометрическими эффектами в процессе, которые вызывают различия в поведении устройства. Часто невозможно определить точный задействованный механизм, и лучшее, что может сделать разработчик моделирования, - это охарактеризовать изменение как одну из физических характеристик полевого транзистора, например, подвижность или последовательное сопротивление.

Для вариаций печати, которые не могут быть смоделированы, и для других наблюдаемых геометрических эффектов у разработчика моделей есть два варианта.Один из них - использовать параметры разбиения модели либо как полностью разбитую модель, либо как дополнительную глобальную вариацию в уравнениях модели. Другой - встроить в карточку модели уникальные уравнения или даже справочные таблицы, которые корректируют параметры модели с учетом геометрических изменений, которые не моделируются.

Механизм биннинга Модель короткоканального транзистора Беркли с изолированным затвором для независимых многополюсных вентилей (BSIM-IMG) аналогична таковой в других моделях BSIM от Калифорнийского университета в Беркли. Каждый параметр с возможностью бина рассчитывается как константа плюс три геометрических члена.

(9.1) PARAMi = PARAM + LPARAM / Leff + WPARAM / Weff + PPARAM / (Weff × Leff)

На рис. 9.1 показан пример разделения пространства L × W , разделенного на шесть бункеров. В каждом углу бункера есть полевой транзистор, который измеряется и устанавливается без геометрических масштабов. Параметры бин-модели из четырех моделей в четырех углах бункера используются для решения уравнения. (9.1) для четырех параметров бина для этого бина. Структура уравнения гарантирует, что параметр бинированной модели будет иметь одинаковое значение в соседних интервалах для точек на границе между интервалами.Например, бункеры 1 и 2 имеют одинаковое значение для каждого параметра бина в L и W полевого транзистора 2, а также полевого транзистора 6 по конструкции. Параметры без объединения имеют одинаковое значение во всех ячейках, поэтому ячейки 1 и 2 дают точно такую ​​же модель в этих точках. Изучая уравнение. (9.1) читатель может видеть, что это будет верно для каждой точки на линии от FET 2 до FET 6.

Рисунок 9.1. Разделение пространства L - W для бункерной модели.

Одно из главных преимуществ бининговых моделей состоит в том, что модели с единственной геометрией для углов бинов можно легко подогнать.Тогда полная биннинговая модель может быть построена с помощью простого алгоритма. Соответствие данным по углам ячеек обычно довольно хорошее. Однако из-за того, что уравнение бинирования не включает в себя физику, транзисторы в точках внутри бинов могут не подходить особенно хорошо. И хотя этот метод обеспечивает непрерывность через границы бункеров, он не гарантирует монотонности или физически разумных кривых по сравнению с L или W . В общем, построение хороших бинированных моделей требует применения дополнительных ограничений на значение бинированных параметров в каждой из подгонок одной геометрии.

Разработчики моделей часто обрабатывают параметры разбиения ( L PARAM и т. Д.) Как дополнительные параметры глобального масштабирования. Например, если насыщение скорости не может быть адекватно подогнано с помощью масштабирования L , встроенного в модель, параметр LVSAT может использоваться, чтобы дать разработчику модели дополнительную степень свободы в модели. Это особенно полезно для зависимости Вт от SiGe-канала полевого транзистора p-типа (pFET), где ширина активной области может иметь очень сильное влияние посредством модуляции механического напряжения.

В крайнем случае, разработчик моделей может включить расчеты в карточку модели. Это добавляет сложности и создает риск того, что модели могут не работать одинаково в симуляторах от разных поставщиков EDA. Но это дает моделисту практически неограниченную свободу подгонять любое геометрическое поведение устройства. Это часто необходимо для моделирования эффекта локальной компоновки, обсуждаемого далее в этой главе.

Моделирование и реализация полевого транзистора с водяным затвором (WG-FET) с использованием пленки Mono-Si толщиной 16 нм

За счет использования концепции двойного электрического слоя (EDL) и использования емкости двойного электрического слоя (EDLC) в качестве затвора изолятора, высокое управление каналом может быть достигнуто при низких напряжениях затвора в полевых транзисторах (FET) 1,2 .Это обеспечивает дешевое решение технологически и экономически сложной проблемы создания изолирующего слоя как можно более тонким без отклонений и точечных отверстий. Это явление объясняется комбинированной моделью Гуи-Чепмена-Стерна 3 . Ионные жидкости, ионные гели, водные и твердые электролиты используются для образования EDL в этих устройствах. Они могут использовать металлооксидные полупроводники 4,5,6 , графен 7,8,9 , углеродные нанотрубки 10,11,12 , органические полупроводники 13,14,15 или Si 16,17,18. в качестве активного канального уровня.

Вода в качестве материала электролита использовалась в органических полевых транзисторах (OFET) с пробником-затвором до 19 . Наша группа внесла свой вклад в эту концепцию, реализовав гидрозатворную систему OFET с плоской затворной структурой 20 . Топология плоского затвора позволяет создавать рисунки электродов истока, стока и затвора на одном слое за один шаг фотолитографии. Это упрощает процесс изготовления и обеспечивает легкую интеграцию с жидкостными каналами. Однако органические полупроводники склонны к диффузии ионов, что приводит к электрохимическому легированию 21 .Другими недостатками устройств OFET являются низкая подвижность носителей заряда и деградация из-за нестабильности окружающей среды.

В этой статье мы представляем реализацию и моделирование полевого транзистора с водяным затвором (WG-FET), в котором в качестве канального слоя используется моно-Si-пленка толщиной 16 нм. Схема устройства WG-FET приведена на рис. 1а. Он сочетает в себе преимущества плоской конструкции OFET с электролитным затвором с высокими характеристиками монокристаллического слоя Si.

Рисунок 1

( a ) Иллюстрация устройства WG-FET с изоляцией электрода сток-исток.Электроды истока, стока и затвора изготовлены из алюминия. Капля воды помещается поверх активной области Si для завершения устройства. Электроды истока и стока изолированы от контакта с водой. Принцип работы устройства WG-FET приведен для схем датчика ( b ) и планарного затвора ( c ). Отрицательное напряжение подается на электрод затвора, чтобы включить транзистор.

Интерфейсы

Fluidic этих устройств обеспечивают платформу интеграции для датчиков и их схем считывания на уровне транзисторов.Ультратонкие и высокие характеристики подвижности канального слоя обеспечивают лучшую поверхностную чувствительность в сенсорных приложениях и усиление на месте в их схемах считывания. Двумерный электронный газ (2DEG), состоящий из слоя Si толщиной 16 нм, используется для получения обоих в одном устройстве 22,23 . В полевых транзисторах с Si-нанопроволокой 24,25 используются аналогичные концепции, однако они используют слои Si толщиной более 25 нм для области канала и требуют более сложных этапов изготовления. Электронные датчики без этикеток, использующие монокристаллические слои Si толщиной 30 нм, были показаны как многообещающие датчики 26 , но их использование в качестве транзисторов или схем считывания не рассматривается.Ионно-чувствительные полевые транзисторы (ISFET) 27,28,29 похожи на эти устройства, однако они представляют собой устройства с объемным кремнием, работающие в режимах обеднения / инверсии с большими электродами сравнения, и SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 или другие типы изоляционных слоев. WG-FET требует более простых этапов изготовления по сравнению с этими устройствами. Кроме того, ранее не исследовались и не моделировались плоские топологии электродов затвора и зонда, а также влияние изоляции электродов истока и стока.

Принцип работы устройства WG-FET кратко описан для топологии пробника и планарного затвора на рис. 1b, c, соответственно. Тонкий слой Si умеренно легирован бором (~ 10 15 см −3 ). Представленный здесь WG-FET представляет собой устройство накопительного типа. EDL формируются как на поверхности электрода затвора, так и на активной области Si. Положительные носители заряда притягиваются к поверхности раздела в слое Si с приложением отрицательного V GS к электроду затвора. Это включает транзистор.{2}} {2}] $$

(1)

где мкм с - подвижность поверхности отверстия, C ox - емкость оксида, В GS - приложенное напряжение затвора, а В DS - разница напряжений сток-исток. В FB - это напряжение плоской полосы, и оно представляет собой пороговое напряжение для транзистора режима накопления, поскольку инверсия не происходит 30 .{2} $$

(2)

в режиме насыщения ( В DS В GS - В FB ).

В этих уравнениях предполагается, что потенциал, приложенный к слою изолятора по всему каналу, является однородным и равен В GS , что соответствует традиционной архитектуре MOSFET.В топологии WG-FET эффективное значение В GS - это напряжение на EDL, которое формируется поверх активной области Si. Значение этого потенциала в любой произвольной точке по длине устройства, В g_EDL ( x ), является результатом комбинированного воздействия электродов истока, стока и затвора. Изоляция электродов истока и стока значительно снижает их влияние на напряжение В g_EDL путем введения дополнительных последовательных емкостей с низкими значениями.Независимо от того, изолированы они или нет, их влияние следует учитывать при расчете тока в канале, чтобы получить более реалистичную модель. Следовательно, если длина канала составляет L , напряжение точки на изоляционном слое EDL можно записать в самом общем виде как

$$ {V} _ {g \ _ \ mathrm {EDL}} (x) = { k} _ {1} {V} _ {{\ rm {GS}}} + {k} _ {2} {V} _ {{\ rm {DS}}} + ({k} _ {3} { V} _ {{\ rm {DS}}} + {k} _ {4} {V} _ {{\ rm {GS}}}) \ frac {x} {L} $$

(3)

, где x от 0 до L .В схеме «зонд-затвор» электрод затвора размещается в середине канала, поверх активной области. Следовательно, его действие симметрично по длине канала. В схеме с планарным затвором электрод затвора спроектирован вокруг активной области. Симметричная конструкция обеспечивает равные расстояния затвор-исток и затвор-сток, как показано на рис. 1a. Эти симметричные эффекты электродов затвора приводят к приблизительно однородному распределению потенциала по всему каналу, поэтому вклад В GS в V g_EDL не должен зависеть от x , что составляет k 4 = 0.{V (L)} [{V} _ {g \ _ \ mathrm {EDL}} (x) - {V} _ {{\ rm {thc}}} - V (x)] {\ rm {d} } V $$

(4)

где C EDL - емкость EDL. В thc обозначает пороговую константу. {L} [{V} _ {g \ _ \ mathrm {EDL} } (x) - {V} _ {{\ rm {thc}}} - \ frac {{V} _ {{\ rm {DS}}}} {L} x] \ frac {{V} _ {{ \ rm {DS}}}} {L} {\ rm {d}} x \ mathrm {.{2} \ mathrm {.} $$

(7)

В I sat выражение уравнения (7), k 1 представляет собой стробирующую способность применяемого V GS . к 2 моделирует влияние напряжения электрода стока на стробирование. При отрицательном В Применяется DS , он действует на транзистор как конкурирующий электрод затвора.Поэтому желательно выше к 1 и ниже k 2 значений. к 3 зависит как от влияния электрода стока, так и от длины канала. Он действует как общий множитель.

Полевой транзисторный биосенсор для быстрого обнаружения антигена Эбола

  • 1. Группа

    , ВОЗ Болезнь, вызванная вирусом Эбола, в Западной Африке - первые 9 месяцев эпидемии и перспективные прогнозы. N. Engl. J. Med. 371 , 1481–1495 (2014).

    Артикул Google Scholar

  • 2.

    Фриден, Т. Р., Дэймон, И., Белл, Б. П., Кеньон, Т., Никол, С. Эбола 2014 - новые вызовы, новые глобальные ответные меры и ответственность. N. Engl. J. Med. 371 , 1177–1180 (2014).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 3.

    Гире, С. К. и др. . Геномный надзор позволяет установить происхождение и передачу вируса Эбола во время вспышки 2014 года. Наука 345 , 1369–1372 (2014).

    ADS CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 4.

    Baize, S. et al. . Появление заирской болезни, вызванной вирусом Эбола, в Гвинее. N. Engl. J. Med. 371 , 1418–1425 (2014).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 5.

    Бичинг, Н. Дж., Фенек, М. и Хулихан, К. Ф. Болезнь, вызванная вирусом Эбола. BMJ 349 , g7348 (2014).

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 6.

    Энао-Рестрепо, А. М. и др. . Эффективность и действенность вакцины с rVSV-вектором, экспрессирующей поверхностный гликопротеин вируса Эбола: промежуточные результаты кластерного рандомизированного исследования кольцевой вакцинации в Гвинее. Ланцет 386 , 857–866 (2015).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 7.

    Лерой, Э. М. и др. . Диагностика геморрагической лихорадки Эбола методом ОТ-ПЦР в условиях эпидемии. J. Med. Virol. 60 , 463–467 (2000).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 8.

    Йен, К. В. и др. . Разноцветные наночастицы серебра для комплексной диагностики заболеваний: различение вирусов денге, желтой лихорадки и лихорадки Эбола. Лабораторный чип 15 , 1638–1641 (2015).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 9.

    Duan, D. et al. . Нанозим-полоска для быстрой местной диагностики лихорадки Эбола. Biosens. Биоэлектрон. 74 , 134–141 (2015).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 10.

    Даабул, Г. Г. и др. . Цифровое зондирование и определение размеров псевдотипов вируса везикулярного стоматита в сложных средах: модель для обнаружения вируса Эбола и Марбург. САУ Nano 8 , 6047–6055 (2014).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 11.

    Cai, H. et al. . Система оптофлюидного анализа для прямого обнаружения инфекции Эбола без амплификации. Sci. Реп. 5 , 14494 (2015).

    ADS CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 12.

    Яник А.А. и др. . Оптофлюидный наноплазмонный биосенсор для прямого обнаружения живых вирусов из биологических сред. Nano Lett. 10 , 4962–4969 (2010).

    ADS MathSciNet CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 13.

    Broadhurst, M. J. et al. . Набор ReEBOV Antigen Rapid Test для тестирования в местах оказания медицинской помощи и лабораторных исследований на болезнь, вызванную вирусом Эбола: полевое валидационное исследование. Ланцет 386 , 867–874 (2015).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 14.

    Лу, Г., Окола, Л. Э. и Чен, Дж. Восстановленный оксид графена для газовых сенсоров при комнатной температуре. Нанотехнологии 20 , 445502 (2009).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 15.

    Мао, С. и др. . Настройка газочувствительных свойств восстановленного оксида графена с использованием нанокристаллов оксида олова. J. Mater. Chem. 22 , 11009–11013 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 16.

    Аббас А. Н. и др. . Датчики черного фосфора. САУ Nano 9 , 5618–5624 (2015).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 17.

    Cui, S. et al. . Сверхвысокая чувствительность и чувствительность в зависимости от слоя газовых сенсоров на основе фосфора. Nat. Commun. 6 , 8632 (2015).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 18.

    Чжоу Г. Х. и др. . Селективное обнаружение в реальном времени Pb 2+ в воде с использованием полевого транзистора с восстановленным оксидом графена / наночастицами золота. ACS Appl. Матер. Интер. 6, (19235–19241 (2014).

    Google Scholar

  • 19.

    Чен, К. Х. и др. . Обнаружение ионов Hg (II) с использованием термически восстановленного оксида графена, украшенного функционализированными наночастицами золота. Анал. Chem. 84 , 4057–4062 (2012).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 20.

    Мао, С. и др. . Прямой рост вертикально ориентированного графена для полевого транзисторного биосенсора. Sci. Rep. 3 , 1696 (2013).

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 21.

    Чанг, Дж. и др. . Полевые транзисторы с однослойными углеродными нанотрубками с пассивированием оксидом графена для быстрого, чувствительного и селективного обнаружения белков. Biosens. Биоэлектрон. 42 , 186–192 (2013).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 22.

    Мао, С., Лу, Г., Ю, К., Бо, З. и Чен, Дж. Обнаружение специфических белков с использованием термо восстановленного листа оксида графена, украшенного конъюгатами наночастиц золота и антител. Adv. Матер. 22 , 3521–3526 (2010).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 23.

    Чен, Ю. и др. . Биосенсоры на полевых транзисторах с двумерными нанолистами черного фосфора. Biosens. Биоэлектрон. 89 , 505–510 (2017).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 24.

    Сюй, С. и др. . Прямой рост графена на кварцевых подложках для безметочного определения аденозинтрифосфата. Нанотехнологии 25 , 165702 (2014).

    ADS Статья PubMed Google Scholar

  • 25.

    Сюй, С. и др. . Надежное определение кинетики связывания при гибридизации ДНК в реальном времени с помощью многоканального графенового биосенсора. Nat. Commun. 8 , 14902 (2017).

    ADS CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 26.

    Хуанг, Ю. Х., Донг, Х. С., Лю, Ю. Х., Ли, Л. Дж. И Чен, П. Биосенсоры на основе графена для обнаружения бактерий и их метаболической активности. J. Mater. Chem. 21 , 12358–12362 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 27.

    Ли, Дж. Э. и Сапфайр, Э. О. Структура гликопротеина эболавируса и механизм проникновения. Future Virol. 4 , 621–635 (2009).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 28.

    Мохамадзаде, М., Чен, Л., Шмальджон, А. Л. Как вирусы Эбола и Марбург борются с иммунной системой. Nat. Rev. Immunol. 7 , 556–567 (2007).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 29.

    Янг, З. Я. и др. . Идентификация гликопротеина вируса Эбола как основной вирусной детерминанты цитотоксичности и повреждения сосудистых клеток. Nat.Med. 6 , 886–889 (2000).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 30.

    Mohan, G. S. et al. . Лучше меньше, да лучше: уровни экспрессии поверхностных гликопротеинов вируса Эбола регулируют выработку вируса и инфекционную способность. J. Virol. 89 , 1205–1217 (2015).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 31.

    Волчков В.Е. и др. . Восстановление инфекционного вируса Эбола из комплементарной ДНК: редактирование РНК гена GP и вирусная цитотоксичность. Наука 291 , 1965–1969 (2001).

    ADS CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 32.

    Bausch, D. G. et al. . Оценка риска передачи вируса Эбола через физиологические жидкости и фомиты. Дж.Заразить. Дис. 196 (Дополнение 2), S142–147 (2007).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 33.

    Ксиазек Т.Г. и др. . Клиническая вирусология геморрагической лихорадки Эбола (КВЛ): данные о вирусах, вирусных антигенах и антителах IgG и IgM у пациентов с КВЛП в Киквите, Демократическая Республика Конго, 1995. J. Infect. Дис. 179 , S177 – S187 (1999).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 34.

    Чанг, Х. К. и др. . Быстрый электрический биоанализ цельной крови без этикеток на основе нанобиосенсорных систем. САУ Nano 5 , 9883–9891 (2011).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 35.

    Чу, К. Х. и др. . За пределами длины Дебая в растворе с высокой ионной силой: прямое обнаружение белка с помощью полевых транзисторов (FET) в сыворотке крови человека. Sci. Реп. 7 , 5256 (2017).

    ADS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 36.

    Liang, L., Hu, W., Xue, Z. & Shen, J.-W. Теоретическое исследование взаимодействия нуклеотидов на двумерном атомарно тонком графене и дисульфиде молибдена. FlatChem 2 , 8–14 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 37.

    Ксиазек Т.Г. и др. . Иммуноферментный анализ на антигены вируса Эбола в тканях инфицированных приматов. J. Clin. Microbiol. 30 , 947–950 (1992).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 38.

    Фишер Р. и др. . Стабильность вируса Эбола на поверхности и в жидкостях в условиях имитации вспышки. Emerg. Заразить. Дис. 21 , 1243–1246 (2015).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 39.

    Christie, A. et al. . Возможная передача вируса Эбола половым путем - Либерия, 2015. Morb. Смертный. Wkly. Реп. 64 , 479–481 (2015).

    Google Scholar

  • Биосенсоры | Бесплатный полнотекстовый | Создание датчика на полевых транзисторах для обнаружения мутаций в гене опухолевого белка 53 (TP53) - подход к электрохимической оптимизации

    Настройка датчика
    Чтобы эффективно установить оптимальную схему измерения для датчика полевого транзистора для обнаружения TP53, были проведены различные эксперименты для оптимизации «чувствительной» стороны устройства (т.э., золотой электрод). Для этой цели были выбраны PGE, и, несмотря на их относительно высокую стоимость по сравнению с электродами с трафаретной печатью (SPE), они предлагают поверхность Au более высокого качества, которую можно отполировать до зеркального блеска, что приводит к улучшенному обнаружению ДНК, чувствительности и воспроизводимости между измерениями [ 16]. Ранее PGE находили применение в качестве ферментных биосенсоров для обнаружения перекиси и, среди прочего, в качестве химических сенсоров [26,27]. Для исследования диаметра электродов использовались золотые электроды микроизготовления.Они были изготовлены в чистом помещении с помощью ряда этапов фотолитографии и травления. Электрод диаметром 1000 мкм рассматривался как наиболее сопоставимый по размерам с PGE (2 мм) и классифицировался как макроэлектроды. Меньшие электроды считались значительно различающимися по диаметру и для целей настоящего исследования назывались микроэлектродами. Для электрохимических измерений была разработана трехэлектродная ячейка с рабочим электродом из PGE (WE), платиновым противоэлектродом (CE) и электродом сравнения Ag / AgCl (RE).ЭПГ, используемый для электрохимических измерений, представлен на рисунке 1a (i), при этом поверхность Au-электрода, на которой происходит реакция, обведена красным для наглядности. Для исследования качества поверхности Au-электрода СЭМ проводилась на неизолированном электроде. СЭМ-изображение, показанное на рисунке 1a (ii), показывает, что PGE имеет преимущественно гладкий профиль поверхности с несколькими пустотами на поверхности с неоднородными размерами частиц. Механизм обнаружения сенсора основан на электрохимических изменениях на поверхности Au WE, когда целевая ДНК прикрепляется к поверхности, что в конечном итоге приводит к изменению потенциала холостого хода, которое может быть измерено как изменение напряжения, пригодное для считывания через полевой транзистор.На рисунке 1b представлена ​​схема протокола прикрепления ДНК на поверхности сенсорной площадки Au, при которой первоначально одноцепочечная (ss) зондовая ДНК иммобилизуется посредством полуковалентного связывания алкантиольной группы с золотом с последующим добавлением целевой ДНК различные концентрации. Гибридизация зонд-мишень делает возможным образование двухцепочечной (d-s) ДНК. Более подробную информацию о процессе прикрепления можно найти в соответствующей работе Keighley et al. [28]. Электрохимические измерения использовались для отслеживания изменений между поверхностью только для зонда (до мишени) и поверхностью с добавленной целевой ДНК (после мишени), чтобы установить влияние гибридизации мишени на электрод и оптимизировать различные параметры электрода для получения максимальной переключение между измерениями до и после цели.После оптимизации контактной площадки электрода был введен полевой транзистор датчика. Датчик на полевых транзисторах содержит коммерчески доступный транзистор, который действует как преобразователь. Затвор полевого транзистора соединен последовательно с контактной площадкой электрода через провод Au, поэтому пороговое напряжение полевого транзистора (V t ) должно оставаться приблизительно постоянным. Система содержит электрод питания, который в конечном итоге регулирует напряжение, подаваемое на затвор (V GATE ), электрод сенсорной площадки, который ведет себя как плавающий затвор (V PAD ), где происходит гибридизация ДНК, и сам полевой транзистор, действующий как преобразователь.Можно смоделировать падение напряжения на электроде затвора путем добавления сенсорной площадки через расширенное устройство затвора, связав напряжение как с емкостью затвора (C GATE ), так и с емкостью полупроводникового канала (C FET ) и их соответствующие области [29,30]. Согласно исследованию, проведенному С. П. Уайтом и др. В [29], для уменьшения эффективного падения напряжения площадь затвора должна быть как минимум в 150 раз больше, чем площадь полупроводника.Если это соотношение не выполняется и площадь затвора уменьшается по сравнению с площадью полупроводника, то включение транзистора не такое резкое, ток включения полевого транзистора уменьшается, а также наблюдается заметный гистерезис. Кроме того, при использовании простой модели сосредоточенного конденсатора, как описано в [29], где предполагается, что полупроводник удерживается на земле и ток затвора равен нулю, если C GATE >> C FET , тогда V PAD ≈ V GATE , критическая особенность, обеспечивающая максимально резкое включение транзистора, поскольку падение напряжения незначительно.Для системы, представленной здесь, различные емкости и площади неизвестны, поскольку коммерчески доступный полевой транзистор использовался в качестве доказательства концепции; однако будущая конструкция устройства будет включать в себя эти важные элементы площади и соотношения емкостей, чтобы обеспечить как можно меньшее падение напряжения, поддерживая работу устройства с низким напряжением и, в конечном итоге, повышая чувствительность предлагаемой системы. Однако в случае представленной системы, поскольку полевой транзистор подключен в конфигурации источник-повторитель, мы можем сделать приближение и смоделировать устройство в идеальной ситуации, при которой изменение потенциала, вызванное добавлением целевой ДНК (ΔV DNA ) должна быть единственной системной переменной.Следовательно, ожидаемый выход системы должен быть приблизительно равен потенциальному изменению за счет добавления ДНК, как подробно описано в уравнении (1): Преимущество использования подхода с расширенными вентилями было продемонстрировано ранее [22,31]; однако основная причина для этого заключается в том, чтобы избежать дополнительных сложностей, возникающих в результате инкапсуляции устройства, поскольку преобразовательный элемент (FET) изолирован от чувствительной стороны. На рисунке 1c показано схематическое изображение сенсорной установки с чувствительной площадкой Au-электрода, погруженной в измерительный раствор, присоединенной последовательно к затвору полевого транзистора через Au-провод.На рисунке 2a показаны характерные графики того, что должно происходить, когда ДНК-мишень гибридизируется с ДНК зонда на поверхности электрода в отношении электрохимических измерений дифференциальной импульсной вольтамперометрии (DPV) (i), спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) (ii) и разомкнутой цепи. потенциометрия (OCP) (iii). DPV - это высокочувствительный вольтамперометрический метод, который включает серию импульсов напряжения, наложенных на линейную развертку потенциала (например, эффект лестницы). Ток измеряется перед каждым изменением напряжения.EIS используется для отслеживания сложных изменений импеданса в системе путем подачи небольшого импульса переменного напряжения и измерения действительной и мнимой частей импеданса в зависимости от частоты. OCP относится к потенциалу электрохимической системы, в которой нет тока, и является наиболее точным с электрохимической точки зрения представлением того, что происходит с изменением потенциала в системе полевых транзисторов при обнаружении ДНК. При прикреплении ДНК-мишени поверхность электрода считается более «заблокированной» (физически и электростатически), что препятствует способности электрохимического окислительно-восстановительного медиатора, такого как FF-C, проникать к поверхности электрода.Это проявляется в увеличении сопротивления переносу заряда (R CT ) EIS, а при увеличении сопротивления пиковый ток DPV и потенциал холостого хода теоретически должны уменьшаться в соответствии с законом Ома (см. Рисунок 2a).

    Перед подключением к стороне полевого транзистора чувствительной схемы чувствительная площадка Au PGE была оптимизирована электрохимически с помощью измерений DPV, EIS и OCP. Были исследованы различные параметры для оптимизации чувствительности Au-прокладки для обнаружения ДНК, включая размер электрода, концентрацию ДНК зонда, ДНК зонда с и без спейсера между последовательностью ДНК и тиоловой группой, а также состав буфера для измерений, в котором проводились измерения. .

    Во-первых, было исследовано влияние размера электрода на измерение ДНК. На рисунке 2b (i) показано влияние диаметра электрода (100, 250 и 1000 мкм) на изменение сигнала между электрохимическими измерениями до и после мишени. Эти эксперименты проводились на электродах микротехнического изготовления, чтобы получить для сравнения электроды меньшего диаметра. Как и ожидалось, DPV и OCP после целевого значения привели к% снижению, тогда как EIS привел к увеличению R CT после целевого добавления.Понятно, что наибольшее изменение сигнала независимо от метода измерения происходит от электрода с наибольшим диаметром (1000 мкм), а также обеспечивает наиболее стабильное изменение для измерений OCP. Таким образом, в сочетании с более воспроизводимой поверхностью и тенденцией к большему изменению сигнала с увеличением диаметра электрода, 2 мм PGE был выбран в качестве оптимального электрода для дальнейшей оптимизации. Затем была исследована концентрация ДНК зонда в буфере для иммобилизации. оптимизировать плотность зонда ДНК.На рисунке 2b (ii) показаны данные DPV, EIS и OCP для четырех различных концентраций зонда ДНК в растворе для иммобилизации (0,1, 0,5, 1 и 3 мкМ). В то время как OCP, по-видимому, мало отличался, DPV и EIS показали наибольшее снижение и увеличение, соответственно, после добавления мишени для 1 мкМ зонда. Чтобы завершить оптимизацию зонда, был разработан зонд, который имел спейсер (SP18) на 5'-конце, чтобы установить, приводит ли расширение последовательности распознавания от поверхности к раствору к улучшенной гибридизации целевой ДНК и, в конечном итоге, большее изменение в OCP.Для всех выполненных измерений эффект спейсера был значительным (рис. 2b (iii)) и фактически привел к меньшим изменениям после мишени, чем исходный зонд без спейсера. Это было интересным открытием, так как в литературе по электрохимическим анализам есть много сообщений о спейсерах, фактически улучшающих чувствительность [32,33], и поэтому было сочтено целесообразным исследовать влияние спейсера на эту систему. Однако тот факт, что введение прокладки в этом случае привело к меньшему изменению пост-мишени, может быть преимуществом для системы на основе полевых транзисторов, где длина Дебая является критическим параметром, который необходимо учитывать.Поэтому в дальнейшем для всех экспериментов использовался электрод из PGE диаметром 2 мм с концентрацией зонда 1 мкМ без спейсера. Последний проведенный эксперимент по оптимизации заключался в исследовании различных буферов измерения для оптимизации изменения сигнала в отношении OCP. На рисунке 2b (iv) показано соотношение изменения сигнала ОСР с использованием трех различных концентраций целевой ДНК для сравнения (10 нМ, 100 нМ и 1 мкМ). Были протестированы пять буферов для измерений (1 мМ FF-C в 1 × PBS, 2 мМ FF-C в 1 × PBS, 0.05 × только PBS, только 1 × PBS и только 3 × PBS) (PBS = фосфатно-солевой буфер, pH ~ 7,2). Хотя FF-C является обычным электрохимическим окислительно-восстановительным медиатором, который фиксирует четко определенный ОСР, два участвующих иона имеют заряды 4 - и 3 - , что приводит к высокой ионной силе, и поэтому PBS был исследован для измерения влияние только концентрации соли на ОСР системы, что особенно важно для последующих измерений полевого транзистора, где длина Дебая является важным фактором, позволяющим избежать потенциальных электростатических экранирующих эффектов, приводящих к значительному снижению чувствительности полевого транзистора к обнаружению ДНК [34].Из рисунка 2b (iv) ясно, что измерительный буфер 0,05 × PBS обеспечил наибольший коэффициент изменения сигнала (снижение ОСР) из всех буферов. Во всех случаях было четкое различие между целевой концентрацией и ОСР, что является многообещающим для чувствительного обнаружения TP53 при концентрациях в диапазоне нМ. На основе этих результатов лучшим измерительным буфером для последующих измерений был выбран 0,05 × PBS. Обладая оптимизированными данными датчика и оптимальным измерительным буфером для измерений OCP, следующим шагом было исследование того, как изменяется потенциал холостого хода сенсорной системы. в течение длительного периода времени.Из рисунка 2b (iv) ясно, что ОСР варьировала в зависимости от целевой концентрации, и наблюдаемое снижение было больше по мере увеличения целевой концентрации. Однако эти измерения OCP основаны на 10-секундных измерениях OCP и не принимают во внимание долгосрочные изменения стабильности системы. На рисунке 3a (i) показан эффект выполнения «непрерывного» измерения ОСР в течение 7200 с (2 ч) для исследования чувствительности сенсорной площадки Au PGE к изменениям целевой концентрации TP53.(Данные от 0 до 1000 с не показаны из-за уравновешивания решения, и данные содержат некоторый шум, который привел к плохому представлению последующих потенциальных изменений). Через 30 минут, чтобы дать измерительному буферу стабилизироваться (смешивание или использование мешалки может сократить необходимое время), к смеси добавляли первую концентрацию целевой ДНК (100 нМ). Каждые 30 минут добавляли повышенную концентрацию целевой ДНК (250 нМ, а затем 500 нМ) для установления чувствительности системы около физиологически значимых уровней [33].Ясно, что в случае комплементарных последовательностей зонда и ДНК-мишени по мере увеличения концентрации ДНК-мишени наблюдалось большее снижение ОСР. Красная стрелка на рисунке 3a (i) подчеркивает эффект добавления целевой ДНК к раствору, в результате чего ОСР временно снижается до нового устойчивого состояния в этот момент времени. Для сравнения некомплементарная целевая последовательность была исследована с использованием идентичных условий для исследования специфичности разработанного сенсора. Отрадно отметить, что для некомплементарного случая не было ощутимого изменения ОСР при добавлении в систему целевой ДНК от 100 до 500 нМ, что указывает на отсутствие гибридизации между зондом и мишенью.На рисунке 3a (ii) показан новый стационарный потенциал системы при добавлении целевой ДНК в зависимости от концентрации целевой ДНК. В случае комплементарной мишени снижение потенциала ОСР между ситуацией до мишени и после нанесения 500 нМ целевой ДНК составляло 23,01%, тогда как для некомплементарной последовательности изменение в том же диапазоне концентраций составляло только 2,78%. Полезный биосенсор должен быть не только чувствительным, но и специфичным для конкретного интересующего параметра (втДНК), который явно предлагает эта система.Поскольку было доказано, что OCP чувствителен к изменениям в целевой ДНК, заключительным этапом была оценка недорогого FET как средства для отслеживания изменений потенциала, избегая необходимости в более сложных и дорогостоящих измерениях OCP. Использовалась схема датчика, показанная на рисунке 1c, при этом измерительная площадка Au PGE была подключена последовательно к затвору полевого транзистора через провод Au с напряжением затвора и стоком 2 В. Эксперимент, идентичный показанному на рисунке 3a, был проведен с использованием комплементарная целевая последовательность.На рис. 3b показан средний потенциал полевого транзистора после добавления целевой ДНК в зависимости от концентрации ДНК. Ясно, что когда концентрация целевой ДНК увеличивалась от состояния до мишени до максимального значения 500 нМ, потенциал полевого транзистора увеличивался с 487,7 мВ до 488,6 мВ, то есть на ~ 1 мВ. Хотя это изменение невелико, оно действительно измеримо. Были выдвинуты гипотезы о возможных методах увеличения изменения потенциала полевого транзистора, включая использование тонкопленочных транзисторов, таких как органические полевые транзисторы или органические тонкопленочные транзисторы (OTFT) [22,23,24].Такие устройства имеют значительно меньшие размеры элементов с длиной каналов в микронном диапазоне, что обеспечивает большую подвижность носителей заряда и, следовательно, изменение потенциала. Второй метод повышения чувствительности датчика - это проведение измерений с использованием анализатора параметров полупроводников, что позволяет получать и измерять малые напряжения и токи (диапазон фемтоампер), а полевой транзистор может действовать как усилитель и измерять изменения тока. вместо потенциала. Оптимизация прикладываемых к полевому транзистору напряжения затвора и стока также может улучшить чувствительность, а смещение устройства в подпороговом режиме может стать хорошей отправной точкой для улучшения чувствительности.Однако текущая установка действительно обеспечивает умеренное изменение потенциала для небольших изменений концентрации целевой ДНК, устраняя необходимость в более сложных и дорогостоящих электрохимических методах обнаружения. Интересно, что хотя ОСР уменьшается с увеличением концентрации целевой ДНК, потенциал полевого транзистора увеличивается. Скорее всего, это результат смещения полевого транзистора, и изменение напряжения смещения или использование полевого транзистора с каналом p-типа может привести к снижению потенциала. Однако, независимо от увеличения / уменьшения, важным аспектом является то, что существует очевидное потенциальное изменение целевых концентраций ДНК в диапазоне нМ, и оно является постоянным.Что касается характеристик сенсора, то было проведено аналогичное исследование с использованием подхода, основанного на FET, с целью выявления ПНК (пептидная нуклеиновая кислота) –ДНК [31]. В этом случае они обнаружили сдвиг потенциала ~ 70 мВ при использовании 1 мкМ ДНК. Это очень сравнимо с изменением OCP, которое мы наблюдали на рисунке 3a, несмотря на более низкую концентрацию ДНК-мишени. Кроме того, для обнаружения TP53 ранее был разработан датчик, использующий полевой транзистор с расширенным затвором на основе GaN-нанопроволоки [35]. Подход обеспечивал очень высокую чувствительность (аттомолярный диапазон) и был специфичным между комплементарными и некомплементарными последовательностями.Другая система, использующая биосенсор FET для обнаружения мутанта TP53, использовала CMOS MOSFET n-типа в качестве преобразователя [34]. Система сравнила ДНК TP53 как дикого типа, так и мутантную, и после связывания было отмечено значительное увеличение тока стока FET для последовательности дикого типа (~ 250 мкА), тогда как для мутантной последовательности ток стока увеличился только на ~ 20 мкА для последовательности дикого типа. такая же концентрация целевой ДНК 100 нМ, подтверждающая специфичность системы. В [36] авторы также предоставляют подтверждение нашего увеличения потенциала полевого транзистора, поскольку положительно заряженный белок TP53 экранирует консенсусную ДНК на поверхности затвора, а увеличение положительного заряда на поверхности затвора увеличивает проводимость канала полевого транзистора. , и, таким образом, ток стока, а в нашем случае потенциал, увеличится.Несмотря на высокую специфичность ДНК TP53, основным недостатком этих систем является сложность их изготовления, а также относительно высокая стоимость разработки.

    Это исследование обеспечивает четкий путь к использованию биосенсора на основе полевых транзисторов для быстрого (<30 мин) и чувствительного (нМ) обнаружения TP53 в качестве многообещающего пути к установлению измерений в местах оказания медицинской помощи, имеющих отношение к диагностике рака. Следующие шаги будут включать оптимизацию чувствительности полевого транзистора и инициирование шагов по микроизготовлению полевых транзисторов, чтобы извлечь выгоду из работы при более низком напряжении, повышенной чувствительности и даже интеграции устройства на гибких подложках, более подходящих для использования в месте оказания медицинской помощи.

    Полевые транзисторы (современные)


    дюйм 1945 год, у Шокли появилась идея сделать твердотельное устройство. полупроводников. Он рассудил, что сильное электрическое поле может вызвать электрический ток внутри соседнего полупроводника. Он попытался построить один, а затем попросил Уолтера Браттейна построить его, но это не сработало.

    Три года спустя Браттейн и Бардин построили первый рабочий транзистор, германиевый точечный транзистор, который выпускался как серия "А".Шокли тогда разработан переходной (сэндвич) транзистор, который был изготовлен в течение нескольких лет после этого. Но в 1960 году ученый из Белла Джон Аталла разработал новый дизайн, основанный на первоначальных теориях Шокли о полевом эффекте. К концу 1960-х годов производители перешли из интегральные схемы переходного типа к полевым устройствам. Сегодня, большинство транзисторов являются полевыми транзисторами. Вы используете миллионы из них сейчас.

    МОП-полевые транзисторы

    Большинство современных транзисторов являются «МОП-полевыми транзисторами», или металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы. Они были разработан в основном Bell Labs, Fairchild Semiconductor и сотнями Кремниевой долины, японских и других производителей электроники.

    Полевые транзисторы названы так потому, что слабый электрический сигнал, проходящий через один электрод, создает электрическое поле через остальную часть транзистора. Это поле меняется с положительного на отрицательное, когда входящий сигнал делает и управляет вторым током, проходящим через остальные транзистора. Поле модулирует второй ток, чтобы имитировать первый - но он может быть существенно больше.

    Как это работает

    На дне транзистора находится П-образный участок. (хотя он более плоский, чем истинная буква "U") полупроводника N-типа с избытком электронов.В центре буквы U находится секция, известная как «база», сделанная из P-типа (положительно заряженная) полупроводник со слишком малым количеством электронов. (Собственно, N- и P-типы можно перевернуть, и устройство будет работать точно так же, за исключением того, что дырки, а не электроны, вызовут ток.)

    Три электрода прикреплены к верхней части этого полупроводниковый кристалл: один к средней положительной секции и по одному в каждое плечо U.Путем подачи напряжения на электроды на U ток будет течь через него. Сторона, где электроны входящий известен как источник, и сторона, где электроны выходит называется стоком.

    Если больше ничего не произойдет, ток будет течь от с одной стороны на другую. Из-за того, как электроны ведут себя при переход между полупроводниками N- и P-типа, однако ток не будет течь особенно близко к базе.Он путешествует только через тонкий канал посередине U.

    К основанию также прикреплен электрод, клин из полупроводника P-типа посередине, отделенный от остальная часть транзистора тонким слоем оксида металла, например в виде диоксида кремния (играющего роль изолятора). Этот электрод называется «затвор». Слабый электрический сигнал, который мы хотим усилить, проходит через гейт.Если заряд, проходящий через ворота, отрицательный, он добавляет больше электронов к базе. Поскольку электроны отталкиваются друг от друга, электроны в U отойдите как можно дальше от базы. Это создает зона обеднения вокруг базы - целая область, где электроны не может путешествовать. Канал посередине U через ток, который может течь, становится еще тоньше. Добавьте достаточно отрицательный заряд к базе и канал полностью перещипнется, остановка всего тока.Это как наступить на садовый шланг чтобы остановить поток воды. (Раньше транзисторы управлялись эту зону истощения, используя то, как движутся электроны, когда два полупроводниковые пластины кладут рядом друг с другом, создавая то, что известен как соединение P-N. В MOS-FET переход P-N заменен оксидом металла, который оказалось, что массовое производство в микрочипах проще.)

    А теперь представьте, если заряд проходит через ворота положительный.Положительное основание притягивает много электронов - внезапно область вокруг базы, которая раньше была нейтральной зоной открывается. Канал для тока через U становится больше, чем было изначально, и может течь гораздо больше электричества через.

    Переменный заряд на базе, следовательно, меняется сколько тока проходит через U. Входящий ток может использоваться как кран для включения или выключения тока по мере его прохождения остальной транзистор.

    С другой стороны, транзистор можно использовать в и более сложным образом - в качестве усилителя. Текущий путешествие через U становится больше или меньше в идеальной синхронизации с зарядом, входящим в базу, что означает, что он имеет идентичный шаблон как исходный слабый сигнал. А со второй ток подключен к другому источнику напряжения, это может быть сделано, чтобы быть больше.Ток, проходящий через U-образный идеальная копия оригинала, только в усилении. Транзистор используется таким образом для стереоусиления в динамиках и микрофонах, а также для усиления телефонных сигналов при их перемещении по Мир.

    Сноска на Шокли

    Шокли наблюдал за ростом Кремниевой долины, но мог не похоже, чтобы войти в Землю Обетованную, которую он себе представлял.Он никогда удалось сделать полевые транзисторы, в то время как другие компании спроектирован, рос и процветал. Фред Зейтц назвал Шокли Моисей из Кремниевой долины ".

    Другие типы транзисторов:
    - Точечный Транзистор
    - Переходный («Сэндвич»). Транзистор

    Ресурсы:
    - Как все работает Дэвид Маколей
    - Научная энциклопедия Ван Ностранда
    - The Полевой транзистор
    - Интервью, Уолтер Браун, 3 мая 1999 г.


    Авторские права 1999 г., ScienCentral, Inc. и Американский институт физики.Нет часть этого веб-сайта может быть воспроизведена без письменного разрешения. Все права защищены.

    Графеновые полевые транзисторы для биологических и химических сенсоров

    Датчики GFET, в которых используется материал 2D-канала, имеют ряд преимуществ по сравнению с объемными полупроводниковыми приборами (включая кремний). Для большинства полупроводниковых транзисторных датчиков локальные изменения электрического поля на поверхности канала мало влияют на глубину канала устройства, ограничивая чувствительность отклика.С GFET канал графена имеет толщину всего в один атом, что означает, что весь канал находится на поверхности и напрямую подвергается воздействию окружающей среды. Любая молекула, прикрепленная к поверхности канала, влияет на перенос электронов через всю глубину устройства. Кремний или другие объемные полупроводники, близкие к атомарной толщине, неэффективны, потому что при такой толщине поверхностные дефекты доминируют над характеристиками материала. Двумерные материалы, такие как графен, не имеют оборванных связей на поверхности, которые могли бы образовывать дефекты.В результате графен обладает высокой проводимостью и чувствителен к поверхностным воздействиям. Кроме того, поскольку материал не имеет оборванных связей, он устраняет неспецифическое связывание и, следовательно, ложные срабатывания, что было проблемой с другими датчиками на основе полевых транзисторов. При правильной функционализации GFET-транзисторы обеспечивают высокочувствительное, высокоселективное, прямое, без этикеток обнаружение целевых аналитов с полностью электронным контролем и считыванием устройств.

    Полевые транзисторы на основе графена имеют явные преимущества при изготовлении по сравнению с устройствами, изготовленными из одномерных материалов, таких как углеродные нанотрубки (УНТ) и нанопроволоки.Подобно графену, одностенные УНТ также обладают высокой проводимостью (с правильной хиральностью) и практически имеют всю поверхность. Графен может быть получен в виде однородных пленок с однородными характеристиками материала. В настоящее время нельзя изготавливать одномерные материалы с такой же консистенцией. Кроме того, массивы высокопроизводительных устройств с однородным откликом невозможно создать с использованием случайно распределенных нанопроволок или нанотрубок, поскольку количество и ориентация одномерных объектов варьируются в зависимости от распределения. Эта неоднородность положения, часто усугубляемая неоднородностью размеров между одномерными объектами, создает большой разброс характеристик отклика между устройствами.2D-материалы обеспечивают согласованность между устройствами. Кроме того, однородные графеновые пленки размером с пластину могут быть сформированы путем химического осаждения из газовой фазы, и эти пленки можно использовать для фотолитографических технологий изготовления, разработанных для процессов изготовления интегральных схем, разработанных в полупроводниковой промышленности.

    Производство GFET

    GFET-транзисторы

    изготавливаются на кремниевых пластинах, чтобы воспользоваться преимуществами традиционных, недорогих и высоконадежных процессов литографии, осаждения и интеграции, применяемых в промышленности интегральных схем.Для этих устройств графеновые пленки формировались методом химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении. 8 Подложку для осаждения медной фольги загружали в печь и нагревали до 1000 ° C в восстановительной среде аргон / водород для удаления любого естественного оксида с поверхности меди. В газовый поток был добавлен небольшой поток метана. Образование графена начинается с нескольких мест зарождения, за которыми следует рост кристаллов графена с одним атомным слоем до тех пор, пока домены не встретятся, полностью покрывая поверхность меди.Метан разрушается на поверхности меди, и адсорбированные атомы углерода перемещаются по поверхности, пока не встретятся с кристаллами графена и не присоединятся к ним. Сплошной однослойный графен (SLG) был сформирован после короткого времени роста от 5 до 30 минут, в основном в зависимости от соотношения газовых потоков.

    Металлические электроды были нанесены на кремниевую пластину термическим испарением и литографически сформированы. Тонкий слой титана или хрома необходим для адгезии к поверхности SiO 2 .Золото или палладий обеспечивают электронный контакт с графеном. Пленка графена переносилась с подложки для осаждения меди и накладывалась на пластину после формирования электродов. Для выполнения переноса полиметилметакрилат (PMMA, Prod. No. 182230, 445746 и 182265) был нанесен центрифугированием на графеновую поверхность медной подложки. Медь была отделена от ПММА / графена механическим разделением с помощью водного электролиза. Пленку графена помещали на поверхность пластины, пластину запекали для обеспечения адгезии графена к пластине и электродам, а ПММА удаляли ацетоном.Дополнительная фотолитография использовалась для формирования рисунка графена в каналы полевого транзистора между электродами, и кислородная плазма была эффективна при удалении незащищенного графена. Минимизация металлических примесей в графеновых пленках имеет решающее значение для интеграции в производственные мощности IC. Для этого необходимо избегать процессов травления медной подложки.

    Функционализация GFET

    За последние несколько лет был разработан ряд хорошо контролируемых процедур химической функционализации, совместимых с GFET.Графеновые полевые транзисторы были оснащены белками, химическими соединениями и молекулами ДНК для создания сенсоров для различных приложений.

    В случае функционализации белка неспецифическое связывание белка нежелательно, поскольку обычно подразумевает потерю контроля над функциональной структурой белка. 9 A.T. Группа Чарли Джонсона из Пенсильванского университета продемонстрировала различные химические соединения, подходящие для использования в графеновых устройствах. Они могут быть основаны на соединениях диазония, которые образуют ковалентную связь с поверхностью графена 10 , или на бифункциональных соединениях пирена, которые взаимодействуют с графеном посредством π – π-стэкинг-взаимодействия. 10,11 Связывание с белком может осуществляться через амидную связь, которая разрешена подходящими аминогруппами на внешней стороне белка 11 , или через связь Ni-нитрилотриуксусной кислоты с гистидиновой меткой на рекомбинантном белке. 12 В каждом случае контроль параметров химии насадки (например, концентрации, температуры, времени) позволяет выполнять функционализацию при сохранении качественных свойств графенового устройства, которые способствуют высокой чувствительности (в частности, высокая подвижность несущей и хорошие шумовые характеристики).

    Применения в биосенсорах и химических датчиках

    Исключительные электронные и тепловые свойства графена

    и высокое отношение поверхности к объему делают его особенно подходящим для таких приложений, как биосенсоры, газовые сенсоры 13,14 , 15,16 и высокопроизводительные транзисторы. 17–19 Устройства на основе графена могут позволить использовать быстрые высокочувствительные датчики для диагностики в местах оказания медицинской помощи и обнаружения химических веществ и могут заменить другие высокозатратные, низкочувствительные и трудоемкие методы.

    A.T. Группа Чарли Джонсона продемонстрировала датчик GFET для обнаружения небольших молекул при концентрациях пг / мл. 14 GFET были функционализированы с помощью рассчитанного с помощью вычислений водорастворимого варианта человеческого μ-опиоидного рецептора (рецептор, связанный с G-белком) с использованием тетрафторбората 4-карбоксибензолдиазония, который продуцировал участки карбоновой кислоты на графене, которые в дальнейшем активировались и стабилизировались с помощью Гидрохлорид 1-этил-3- [3-диметиламинопропил] карбодиимида ( Prod.№ 03449 и прод. № E7750) / сульфо-N-гидроксисукцинимид (EDC / sNHS). 20 Электронные измерения тока исток-сток как функции напряжения на заднем затворе после каждого шага процедуры функционализации показали воспроизводимые сдвиги в проводимости. Об обнаружении налтрексона-мишени для μ-опиоидного рецептора (антагониста опиоидных рецепторов, Prod. № 1453504) сообщалось при концентрациях всего 10 пг / мл с высокой специфичностью14. В исследованиях вместо этого использовали сконструированный одноцепочечный вариабельный фрагмент (scFv). полных антител в качестве рецепторных молекул на других датчиках FET на основе углерода показали улучшение предела обнаружения в 1000 раз. 21 scFv представляет собой сконструированный гибридный белок, содержащий вариабельные области антитела, которые специфичны к антигену и сохраняют специфичность исходного антитела, несмотря на удаление константных областей, составляющих большую часть антитела. Повышенная чувствительность датчиков полевых транзисторов, функционализированных с помощью scFv, может быть объяснена более близкой близостью связанной мишени биомаркера к каналу GFET, что приводит к более сильным электростатическим взаимодействиям и большему электрическому сигналу. 21

    Химическое зондирование паров, или «ноздреватое» зондирование паров, - еще одно приложение, в котором используются полевые транзисторы. Для этого GFET были функционализированы одноцепочечной ДНК для обнаружения различных химических паров. Химические сенсоры на основе GFET показали быстрое время отклика, быстрое восстановление до исходного уровня при комнатной температуре и различение между несколькими аналогичными анализируемыми парами паров: например, диметилметилфосфонатом (DMMP, Prod. No. D169102) и пропионовой кислотой ( Prod. No. 402907). 16

    Выводы и перспективы на будущее

    Исключительные электронные свойства графена по-прежнему являются многообещающими для приложений зондирования. Датчики на основе GFET для биологических и химических приложений обеспечат быстрое, чувствительное, специфическое, недорогое и полностью электронное считывание. Кроме того, датчики GFET можно мультиплексировать, что позволяет быстро тестировать несколько целей (от десятков до тысяч) с высокой чувствительностью на одном чипе небольшого размера. Сенсорная технология GFET может подорвать рынки здравоохранения, открытия лекарств и обнаружения химических веществ.

    Чувствительные датчики на полевых транзисторах с атомарно тонкими нанолистами черного фосфора

    Полевые транзисторы с атомарно тонким черным фосфором (BP) обладают прекрасным потенциалом для применения в измерительных приборах. Однако коммерческое масштабирование датчиков PFET все еще находится на начальной стадии из-за различных технических проблем, таких как утомительное изготовление, низкий процент отклика, вызванный быстрым окислением, неидеальный выход отклика (пиковый / двунаправленный) и большой разброс устройств из-за плохого контроль толщины слоя среди устройств.Были предприняты попытки решить эти проблемы. Во-первых, разработана теоретическая модель зависимости процента отклика от количества слоев, чтобы показать роль атомарно тонкого БП в улучшении отклика. Метод отслаивания выбранной области с отслеживанием положения был разработан для быстрого получения тонких слоев БП с узким распределением (~ 1–7 слоев), который может использовать превосходный контроль затвора над каналом PFET. Типичное соотношение тока включения / выключения находится в диапазоне ∼300–500. Модифицированные цистеином Al 2 O 3 -закрытые PFET-сенсоры показывают высокие отклики (∼30–900%) в широком диапазоне обнаружения (∼1–400 ppb) ионов свинца в воде с типичным время отклика ∼10–30 с.Предлагается стратегия минимизации вариаций устройства путем соотнесения отношения включения / выключения PFET с параметрами чувствительности. Изменение толщины оксида затвора исследуется для объяснения неидеальной и идеальной переходной кинетики отклика.

    У вас есть доступ к этой статье

    Подождите, пока мы загрузим ваш контент... Что-то пошло не так. Попробуй еще раз? .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *