Kako rade MOSFET-ovi

Princip rada MOSFET-a se uglavnom zasniva na njegovim jedinstvenim strukturnim svojstvima i efektima električnog polja. Slijedi detaljno objašnjenje kako MOSFET-ovi rade:

 

I. Osnovna struktura MOSFET-a

MOSFET se uglavnom sastoji od kapije (G), izvora (S), drena (D) i supstrata (B, ponekad spojen na izvor da bi se formirao uređaj sa tri terminala). U MOSFET-ovima za poboljšanje N-kanala, supstrat je obično nisko-dopirani silicijumski materijal P-tipa na kojem su napravljena dva visoko dopirana regiona N-tipa da služe kao izvor i odvod, respektivno. Površina podloge tipa P je prekrivena vrlo tankim oksidnim filmom (silicijum dioksid) kao izolacionim slojem, a elektroda je povučena kao kapija. Ova struktura čini kapiju izolovanom od P-tipa poluvodičkog supstrata, drena i izvora, pa se stoga naziva i cev sa efektom polja sa izolovanim gejtom.

II. Princip rada

MOSFET-ovi rade koristeći napon izvora gejta (VGS) za kontrolu struje odvoda (ID). Konkretno, kada je primijenjeni pozitivni napon izvora gejta, VGS, veći od nule, gornje pozitivno i donje negativno električno polje će se pojaviti na sloju oksida ispod kapije. Ovo električno polje privlači slobodne elektrone u P-području, uzrokujući da se akumuliraju ispod oksidnog sloja, dok odbijaju rupe u P-području. Kako se VGS povećava, jačina električnog polja raste i koncentracija privučenih slobodnih elektrona raste. Kada VGS dostigne određeni granični napon (VT), koncentracija slobodnih elektrona okupljenih u regiji je dovoljno velika da formira novu regiju N-tipa (N-kanal), koja djeluje kao most koji povezuje drejn i izvor. U ovom trenutku, ako postoji određeni pogonski napon (VDS) između odvoda i izvora, ID struje odvoda počinje teći.

III. Formiranje i promjena provodnog kanala

Formiranje provodnog kanala je ključ za rad MOSFET-a. Kada je VGS veći od VT, provodni kanal se uspostavlja i na ID struje odvoda utiču i VGS i VDS. VGS utiče na ID kontrolišući širinu i oblik provodnog kanala, dok VDS utiče na ID direktno 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-ova

Visoka ulazna impedansa:Ulazna impedansa MOSFET-a je veoma visoka, blizu beskonačnosti, jer postoji izolacioni sloj između gejta i regiona izvor-drejn i samo slaba struja gejta.

Niska izlazna impedancija:MOSFET-ovi su uređaji kontrolirani naponom u kojima se struja izvora-drena može mijenjati sa ulaznim naponom, tako da je njihova izlazna impedansa mala.

Konstantan protok:Kada se radi u području zasićenja, na struju MOSFET-a praktički ne utiču promjene napona izvor-drejn, pružajući odličnu konstantnu struju.

 

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

V. Primjene i klasifikacije

MOSFET-i se široko koriste u digitalnim kolima, analognim kolima, energetskim krugovima i drugim poljima. Prema tipu rada, MOSFET-ovi se mogu klasificirati na tipove poboljšanja i osiromašenja; prema vrsti provodnog kanala mogu se podijeliti na N-kanalne i P-kanalne. Ovi različiti tipovi MOSFET-a imaju svoje prednosti u različitim scenarijima primjene.

Ukratko, princip rada MOSFET-a je da kontroliše formiranje i promenu provodnog kanala kroz napon izvora gejta, koji zauzvrat kontroliše tok odvodne struje. Njegova visoka ulazna impedansa, niska izlazna impedansa, konstantna struja i temperaturna stabilnost čine MOSFET-e važnom komponentom u elektronskim kolima.