Išsamus MOSFET | veikimo principo schemos paaiškinimas AKT vidinės struktūros analizė

MOSFET yra vienas iš pagrindinių puslaidininkių pramonės komponentų. Elektroninėse grandinėse MOSFET paprastai naudojamas galios stiprintuvo grandinėse arba perjungimo maitinimo grandinėse ir yra plačiai naudojamas. Žemiau,OLUKEYpateiks išsamų MOSFET veikimo principo paaiškinimą ir išanalizuos vidinę MOSFET struktūrą.

Kas yraMOSFET

MOSFET, metalo oksido puslaidininkio efekto tranzistorius (MOSFET). Tai lauko efekto tranzistorius, kuris gali būti plačiai naudojamas analoginėse ir skaitmeninėse grandinėse. Pagal savo „kanalo“ (darbinio nešiklio) poliškumo skirtumą jį galima suskirstyti į du tipus: „N tipo“ ir „P tipo“, kurie dažnai vadinami NMOS ir PMOS.

MOSFET veikimo principas

MOSFET gali būti suskirstytas į patobulinimo tipą ir išeikvojimo tipą pagal darbo režimą. Patobulinimo tipas reiškia MOSFET, kai netaikoma poslinkio įtampa ir nėra sujungimolaidinis kanalas. Išeikvojimo tipas reiškia MOSFET, kai netaikoma poslinkio įtampa. Atsiras laidus kanalas.

Faktinėse programose yra tik N kanalo patobulinimo tipo ir P kanalo patobulinimo tipo MOSFET. Kadangi NMOSFET atsparumas įjungtam būsenai yra mažas ir juos lengva gaminti, NMOS yra labiau paplitęs nei PMOS faktinėse programose.

Patobulinimo režimas MOSFET

Tarp patobulinimo režimo MOSFET nutekėjimo D ir šaltinio S yra dvi PN jungtys. Kai vartų šaltinio įtampa VGS = 0, net jei pridedama nutekėjimo šaltinio įtampa VDS, visada yra PN sandūra atvirkštinio poslinkio būsenoje, o tarp nutekėjimo ir šaltinio nėra laidžio kanalo (jokia srovė neteka). ). Todėl šiuo metu išleidimo srovės ID = 0.

Šiuo metu, jei tarp vartų ir šaltinio pridedama tiesioginė įtampa. Tai yra, VGS> 0, tada elektrinis laukas, kai užtvarai yra suderinti su P tipo silicio substratu, bus sukurtas SiO2 izoliaciniame sluoksnyje tarp užtvaro elektrodo ir silicio pagrindo. Kadangi oksido sluoksnis yra izoliuojantis, įtampa VGS, taikoma vartams, negali sukurti srovės. Abiejose oksido sluoksnio pusėse sukuriamas kondensatorius, o VGS ekvivalentinė grandinė įkrauna šį kondensatorių (kondensatorių). Ir generuoti elektrinį lauką, nes VGS lėtai kyla, pritraukiant teigiamos vartų įtampos. Didelė dalis elektronų kaupiasi kitoje šio kondensatoriaus (kondensatoriaus) pusėje ir sukuria N tipo laidų kanalą nuo nutekėjimo iki šaltinio. Kai VGS viršija vamzdžio įjungimo įtampą VT (paprastai apie 2 V), N kanalo vamzdis tiesiog pradeda veikti, generuodamas nutekėjimo srovės ID. Vartų šaltinio įtampa vadiname tada, kai kanalas pirmą kartą pradeda generuoti įjungimo įtampą. Paprastai išreiškiama VT.

Valdant vartų įtampos VGS dydį, pakeičiamas elektrinio lauko stiprumas arba silpnumas, todėl galima pasiekti nutekėjimo srovės ID dydžio valdymo efektą. Tai taip pat svarbi MOSFET, kurie naudoja elektrinius laukus srovei valdyti, savybė, todėl jie dar vadinami lauko efekto tranzistoriais.

MOSFET vidinė struktūra

Ant P tipo silicio pagrindo su maža priemaišų koncentracija sudaromos dvi N+ sritys su didele priemaišų koncentracija ir du elektrodai ištraukiami iš metalinio aliuminio, kad būtų atitinkamai nutekėjimas d ir šaltinis s. Tada puslaidininkio paviršius padengiamas itin plonu silicio dioksido (SiO2) izoliaciniu sluoksniu, o ant izoliacinio sluoksnio tarp drenažo ir šaltinio sumontuotas aliuminio elektrodas, kuris tarnauja kaip vartai g. Elektrodas B taip pat ištraukiamas ant pagrindo, sudarydamas N kanalo patobulinimo režimo MOSFET. Tas pats pasakytina apie vidinį P kanalo patobulinimo tipo MOSFET formavimą.

N kanalo MOSFET ir P kanalo MOSFET grandinės simboliai

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas MOSFET grandinės simbolis. Paveikslėlyje D yra kanalizacija, S yra šaltinis, G yra vartai, o rodyklė viduryje reiškia substratą. Jei rodyklė nukreipta į vidų, tai rodo N kanalo MOSFET, o jei rodyklė nukreipta į išorę, tai rodo P kanalo MOSFET.

Dviejų N kanalų MOSFET, dviejų P kanalų MOSFET ir N+P kanalų MOSFET grandinės simboliai

Tiesą sakant, MOSFET gamybos proceso metu substratas prijungiamas prie šaltinio prieš išeinant iš gamyklos. Todėl simbolių taisyklėse rodyklės simbolis, vaizduojantis substratą, taip pat turi būti prijungtas prie šaltinio, kad būtų galima atskirti kanalizaciją ir šaltinį. MOSFET naudojamos įtampos poliškumas yra panašus į mūsų tradicinį tranzistorių. N kanalas yra panašus į NPN tranzistorių. Drenažas D yra prijungtas prie teigiamo elektrodo, o šaltinis S yra prijungtas prie neigiamo elektrodo. Kai vartai G turi teigiamą įtampą, susidaro laidus kanalas ir pradeda veikti N kanalo MOSFET. Panašiai P kanalas yra panašus į PNP tranzistorių. Drenas D yra prijungtas prie neigiamo elektrodo, šaltinis S yra prijungtas prie teigiamo elektrodo, o kai vartuose G yra neigiama įtampa, susidaro laidus kanalas ir pradeda veikti P kanalo MOSFET.

MOSFET perjungimo nuostolių principas

Nesvarbu, ar tai NMOS, ar PMOS, jį įjungus susidaro laidumo vidinė varža, todėl srovė sunaudos energiją šiai vidinei varžai. Ši suvartojamos energijos dalis vadinama laidumo vartojimu. Pasirinkus MOSFET su maža laidumo vidine varža, efektyviai sumažinsite laidumo sąnaudas. Dabartinė mažos galios MOSFET vidinė varža paprastai yra apie dešimtis miliohmų, taip pat yra keletas miliohmų.

Kai MOS įjungiamas ir nutraukiamas, tai neturi būti realizuota akimirksniu. Įtampa abiejose MOS pusėse efektyviai sumažės, o per ją tekanti srovė padidės. Per šį laikotarpį MOSFET praradimas yra įtampos ir srovės sandauga, kuri yra perjungimo nuostoliai. Paprastai tariant, perjungimo nuostoliai yra daug didesni nei laidumo nuostoliai, ir kuo greitesnis perjungimo dažnis, tuo didesni nuostoliai.

Įtampos ir srovės sandauga laidumo momentu yra labai didelė, todėl patiriami labai dideli nuostoliai. Perjungimo nuostolius galima sumažinti dviem būdais. Vienas iš jų yra sumažinti perjungimo laiką, kuris gali veiksmingai sumažinti nuostolius kiekvieno įjungimo metu; kitas yra sumažinti perjungimo dažnį, kuris gali sumažinti jungiklių skaičių per laiko vienetą.

Aukščiau pateiktas išsamus MOSFET veikimo principo diagramos paaiškinimas ir MOSFET vidinės struktūros analizė. Norėdami sužinoti daugiau apie MOSFET, kviečiame pasikonsultuoti su OLUKEY ir suteikti jums MOSFET techninę pagalbą!