Kako rade MOSFET-i

Princip rada MOSFET-a uglavnom se temelji na njegovim jedinstvenim strukturnim svojstvima i učincima električnog polja. Slijedi detaljno objašnjenje rada MOSFET-a:

 

I. Osnovna struktura MOSFET-a

MOSFET se uglavnom sastoji od vrata (G), izvora (S), odvoda (D) i supstrata (B, ponekad spojen na izvor kako bi se formirao uređaj s tri priključka). U MOSFET-ovima za poboljšanje N-kanala, supstrat je obično slabo dopirani silicijski materijal P-tipa na kojem su dva visoko dopirana područja N-tipa izrađena da služe kao izvor odnosno odvod. Površina supstrata P-tipa prekrivena je vrlo tankim oksidnim filmom (silicijev dioksid) kao izolacijskim slojem, a elektroda je uvučena kao vrata. Ova struktura čini vrata izolirana od P-tipa poluvodičkog supstrata, odvoda i izvora, te se stoga naziva i cijev s efektom polja s izoliranim vratima.

II. Princip rada

MOSFET-ovi rade korištenjem napona izvora ulaza (VGS) za kontrolu struje odvoda (ID). Točnije, kada je primijenjeni pozitivni izvorni napon vrata, VGS, veći od nule, gornje pozitivno i donje negativno električno polje pojavit će se na oksidnom sloju ispod vrata. Ovo električno polje privlači slobodne elektrone u P-regiji, uzrokujući njihovo nakupljanje ispod oksidnog sloja, dok odbija rupe u P-regiji. Kako VGS raste, jakost električnog polja raste i koncentracija privučenih slobodnih elektrona raste. Kada VGS dosegne određeni napon praga (VT), koncentracija slobodnih elektrona okupljenih u tom području dovoljno je velika da formira novo područje tipa N (N-kanal), koje djeluje poput mosta koji povezuje odvod i izvor. U ovoj točki, ako između odvoda i izvora postoji određeni pogonski napon (VDS), počinje teći struja odvoda ID.

III. Formiranje i promjena provodnog kanala

Formiranje provodnog kanala je ključ za rad MOSFET-a. Kada je VGS veći od VT, uspostavlja se vodljivi kanal i na ID struje odvoda utječu i VGS i VDS. VGS utječe na ID kontrolirajući širinu i oblik vodljivog kanala, dok VDS utječe na ID izravno kao pogonski napon. Važno je napomenuti da ako provodni kanal nije uspostavljen (tj. VGS je manji od VT), čak i ako je VDS prisutan, ID struje odvoda se ne pojavljuje.

IV. Karakteristike MOSFET-a

Visoka ulazna impedancija:Ulazna impedancija MOSFET-a je vrlo visoka, blizu beskonačnosti, jer postoji izolacijski sloj između vrata i područja sors-odvod i samo slaba struja vrata.

Niska izlazna impedancija:MOSFET-i su naponski kontrolirani uređaji u kojima se struja izvor-odvod može mijenjati s ulaznim naponom, tako da je njihova izlazna impedancija mala.

Konstantan protok:Kada radi u području zasićenja, na struju MOSFET-a praktički ne utječu promjene u naponu izvor-odvod, što pruža izvrsnu konstantnu struju.

 

Dobra temperaturna stabilnost:MOSFET-ovi imaju širok raspon radnih temperatura od -55°C do oko +150°C.

V. Primjene i klasifikacije

MOSFET-ovi se široko koriste u digitalnim krugovima, analognim krugovima, strujnim krugovima i drugim područjima. Prema vrsti rada, MOSFET-ovi se mogu klasificirati u tipove poboljšanja i osiromašenja; prema vrsti provodnog kanala mogu se klasificirati na N-kanale i P-kanale. Ove različite vrste MOSFET-a imaju svoje prednosti u različitim scenarijima primjene.

Ukratko, princip rada MOSFET-a je kontrola formiranja i promjene provodnog kanala kroz napon izvora ulaza, koji zauzvrat kontrolira protok odvodne struje. Njegova visoka ulazna impedancija, niska izlazna impedancija, konstantna struja i temperaturna stabilnost čine MOSFET-e važnom komponentom u elektroničkim sklopovima.