Detaljno objašnjenje dijagrama principa rada MOSFET-a | Analiza unutrašnje strukture FET-a

MOSFET je jedna od najosnovnijih komponenti u industriji poluprovodnika. U elektronskim kolima, MOSFET se općenito koristi u krugovima pojačala snage ili sklopovima napajanja i široko se koristi. ispod,OLUKEYće vam dati detaljno objašnjenje principa rada MOSFET-a i analizirati unutrašnju strukturu MOSFET-a.

Šta jeMOSFET

MOSFET, Tranzistor sa efektom metal-oksidnog poluprovodnika (MOSFET). To je tranzistor s efektom polja koji se može široko koristiti u analognim i digitalnim kolima. Prema razlici polariteta njegovog "kanala" (radnog nosača), može se podijeliti na dva tipa: "N-tip" i "P-tip", koji se često nazivaju NMOS i PMOS.

Princip rada MOSFET-a

MOSFET se može podijeliti na tip poboljšanja i tip osiromašenja prema načinu rada. Tip poboljšanja se odnosi na MOSFET kada se ne primjenjuje prednapon i nema konduktivni kanal. Tip iscrpljivanja se odnosi na MOSFET kada se ne primjenjuje prednapon. Pojavit će se provodni kanal.

U stvarnim aplikacijama, postoje samo MOSFET tipa poboljšanja N-kanala i tipa poboljšanja P-kanala. Pošto NMOSFET-ovi imaju malu otpornost na uključeno stanje i laki su za proizvodnju, NMOS je češći od PMOS-a u stvarnim aplikacijama.

Mod za poboljšanje MOSFET

Postoje dva back-to-back PN spoja između drena D i izvora S MOSFET-a modusa poboljšanja. Kada je napon gejt-izvor VGS=0, čak i ako se doda napon drejn-izvor VDS, uvijek postoji PN spoj u obrnutom prednaponu i nema provodnog kanala između drena i izvora (ne teče struja ). Stoga je struja odvoda ID=0 u ovom trenutku.

U ovom trenutku, ako se doda napon naprijed između gejta i izvora. To jest, VGS>0, tada će se električno polje sa gejtom poravnatim sa silikonskim supstratom P-tipa generirati u SiO2 izolacijskom sloju između elektrode gejta i silikonskog supstrata. Budući da je oksidni sloj izolacijski, napon VGS primijenjen na kapiju ne može proizvesti struju. Kondenzator se stvara na obje strane oksidnog sloja, a VGS ekvivalentno kolo puni ovaj kondenzator (kondenzator). I stvoriti električno polje, dok VGS polako raste, privučen pozitivnim naponom kapije. Veliki broj elektrona akumulira se na drugoj strani ovog kondenzatora (kondenzator) i stvara provodni kanal N-tipa od drena do izvora. Kada VGS premaši napon uključivanja VT cijevi (uglavnom oko 2V), N-kanalna cijev samo počinje da provodi, generirajući ID struje odvoda. Gate-source napon nazivamo kada kanal prvi put počne generirati napon uključivanja. Generalno se izražava kao VT.

Kontrolisanjem veličine napona gejta VGS menja se jačina ili slabost električnog polja, a može se postići efekat kontrole veličine ID struje odvoda. Ovo je također važna karakteristika MOSFET-a koji koriste električna polja za kontrolu struje, pa se nazivaju i tranzistori s efektom polja.

MOSFET unutrašnja struktura

Na silikonskom supstratu P-tipa sa niskom koncentracijom nečistoća, napravljene su dvije N+ regije sa visokom koncentracijom nečistoća, a dvije elektrode su izvučene iz metalnog aluminija da služe kao dren d i izvor s. Zatim se površina poluvodiča prekriva izuzetno tankim izolacijskim slojem silicijum dioksida (SiO2), a na izolacijski sloj između drena i izvora postavlja se aluminijska elektroda koja služi kao gejt g. Elektroda B je takođe izvučena na supstratu, formirajući MOSFET N-kanalnog modusa poboljšanja. Isto važi i za unutrašnje formiranje MOSFET-ova tipa poboljšanja P-kanala.

N-kanalni MOSFET i P-kanalni MOSFET simboli kola

Slika iznad prikazuje simbol kola MOSFET-a. Na slici je D odvod, S izvor, G kapija, a strelica u sredini predstavlja supstrat. Ako strelica pokazuje prema unutra, to ukazuje na N-kanalni MOSFET, a ako strelica pokazuje prema van, označava P-kanalni MOSFET.

Dvostruki N-kanalni MOSFET, dvojni P-kanalni MOSFET i N+P-kanalni MOSFET simboli kola

U stvari, tokom procesa proizvodnje MOSFET-a, supstrat je povezan sa izvorom pre nego što izađe iz fabrike. Stoga, u pravilima simbologije, simbol strelice koji predstavlja supstrat također mora biti povezan s izvorom kako bi se razlikovali odvod i izvor. Polaritet napona koji koristi MOSFET sličan je našem tradicionalnom tranzistoru. N-kanal je sličan NPN tranzistoru. Odvod D je spojen na pozitivnu elektrodu, a izvor S na negativnu elektrodu. Kada gejt G ima pozitivan napon, formira se provodni kanal i N-kanalni MOSFET počinje da radi. Slično, P-kanal je sličan PNP tranzistoru. Odvod D je spojen na negativnu elektrodu, izvor S je spojen na pozitivnu elektrodu, a kada gejt G ima negativan napon, formira se provodni kanal i MOSFET P-kanala počinje da radi.

Princip preklopnih gubitaka MOSFET-a

Bilo da je u pitanju NMOS ili PMOS, postoji unutrašnji otpor provodljivosti koji se stvara nakon što se uključi, tako da će struja trošiti energiju na ovom unutrašnjem otporu. Ovaj dio potrošene energije naziva se potrošnja provodljivosti. Odabir MOSFET-a sa malim unutrašnjim otporom provodljivosti će efikasno smanjiti potrošnju provodljivosti. Trenutni unutrašnji otpor MOSFET-a male snage je uglavnom oko desetina milioma, a postoji i nekoliko miljoma.

Kada je MOS uključen i prekinut, ne smije se realizirati u trenu. Napon na obje strane MOS-a će se efektivno smanjiti, a struja koja teče kroz njega će se povećati. Tokom ovog perioda, gubitak MOSFET-a je proizvod napona i struje, što je prekidački gubitak. Uopšteno govoreći, komutacioni gubici su mnogo veći od provodnih gubitaka, i što je frekvencija komutacije brža, gubici su veći.

Umnožak napona i struje u trenutku provođenja je vrlo velik, što rezultira vrlo velikim gubicima. Preklopni gubici se mogu smanjiti na dva načina. Jedan je smanjenje vremena uključivanja, što može efektivno smanjiti gubitak tokom svakog uključivanja; drugi je smanjenje frekvencije prebacivanja, što može smanjiti broj prekidača po jedinici vremena.

Gore navedeno je detaljno objašnjenje principa rada MOSFET-a i analiza unutrašnje strukture MOSFET-a. Da biste saznali više o MOSFET-u, dobrodošli da konsultujete OLUKEY da vam pruži MOSFET tehničku podršku!