Drain (transistor)

Drain (norsk: dren, sluk, utløp) er en terminal for det elektriske utløpet på en transistor av felteffekttype, den terminalen som mottar elektriske ladningsbærere fra kanalen, og er typisk skapt som en brønn av dopet materiale. Terminalen som kalles gate (norsk: grind, port, styre) kontrollerer strømmen som går fra source (norsk: kilde) og til drain ved å skape en tunnel av frie elektroner mellom disse terminalene. Drain er elektrisk annerledes enn source da den ligger på et lavere elektrisk potensial gitt typen ladningsbærere, det vil si at ${\textstyle V_{dd}}$ er negativ sammenlignet med ${\textstyle V_{ss}}$ for p-kanal og positiv for n-kanal FETs og MOSFETs.

Navnet er litt tilfeldig da de fysiske egenskapene til source og drain ofte er identiske, de er begge dopet med atomer som har tilsvarende egenskaper, selv om de ikke trenger være det. Det er også vanlig med en fjerde terminal som gjerne omtales som body, base, bulk, eller substrate. Denne er nødvendig for å etablere en referansespenning for transistoren.

Transistorer med source, gate, og drain er som oftest felteffekttransistorer (FET, JFET, MOSFET). Dette er imidlertid ikke entydig, og benevnelsene brukes også ofte om terminaler på integrerte kretser. Tilsvarende terminaler på bipolare transistorer (bipolar junction transistors, BJT) blir omtalt som emitter, base, og collector hvor collector tilsvarer drain. Tilsvarende for radiorør er katode, gitter, og anode, hvor anoden tilsvarer drain.

I en ideell FET-transistor skal strømmen i drain være uavhengig av spenningen selv når transistoren er i metning. Dette skjer ikke, strømmen er en endelig funksjon gitt av ${\textstyle I_{d}}$ vs ${\textstyle V_{d}}$ som omtales som Early effekten. Denne effekten oppstår som følge av avstanden mellom utarmingsområdene mellom source og drain, hvor utarmingsområdene er gitt av spenningen mellom de respektive terminaler og substratet. Bredden av utarmingsområdet rundt drain øker med spenningen på drain, og reduserer dermed kanallengden. Denne reduksjonen i kanallengde gir økt stigning i tettheten til ladningsbærerne, og igjen økt kanalstrøm mellom sourse og drain.

Dette kan uttrykkes som

$V_{0}={\frac {l+Q_{s}+1-I}{-{\partial l \over \partial V_{d}}}}$

I uttrykket er ${\textstyle V_{0}}$ Early spenningen over transistoren, ${\textstyle l}$ er kanalens lengde, ${\textstyle Q_{s}}$er tettheten av ladningsbærere ved transistorens source, ${\textstyle I}$ er strømmen gjennom transistoren som også er lik ${\textstyle I_{d}}$, og ${\textstyle V_{d}}$ er spenningen ved drain. Når transistoren opereres over subterskelnivå vil effekten være at Early effekten skifter hele overføringskurven til høyere nivåer, samtidig som formen omtrent bevares. Dette kan også uttrykkes som en spenningsstyrt konduktans, og brukes til å konvertere strøm til spenning. En slik diodekobling er en nokså vanlig konstruksjon i analog VLSI, og brukes blant annet for å lage strømspeil.

Litteratur

• Halvlederteknikk: halvlederfysikk, fremstillingsteknikk, halvleder-kretsteknikk. Oslo: Teknologisk Forlag. 1977. s. 50–64. ISBN 8251201403.