Kaip veikia MOSFET

MOSFET veikimo principas daugiausia grindžiamas jo unikaliomis struktūrinėmis savybėmis ir elektrinio lauko poveikiu. Toliau pateikiamas išsamus MOSFET veikimo paaiškinimas:

 

I. Pagrindinė MOSFET struktūra

MOSFET daugiausia susideda iš vartų (G), šaltinio (S), nutekėjimo (D) ir substrato (B, kartais prijungtas prie šaltinio, kad sudarytų trijų galų įrenginį). N kanalų patobulinimo MOSFETuose substratas paprastai yra mažai legiruoto P tipo silicio medžiaga, ant kurios yra pagamintos dvi labai legiruotos N tipo sritys, kurios atitinkamai tarnautų kaip šaltinis ir nutekėjimas. P tipo pagrindo paviršius padengtas labai plona oksido plėvele (silicio dioksidu) kaip izoliacinis sluoksnis, o kaip užtvaras nupieštas elektrodas. Dėl šios konstrukcijos vartai izoliuojami nuo P tipo puslaidininkinio pagrindo, kanalizacijos ir šaltinio, todėl dar vadinami izoliuotų vartų lauko efekto vamzdžiu.

II. Veikimo principas

MOSFET veikia naudojant vartų šaltinio įtampą (VGS), kad valdytų nutekėjimo srovę (ID). Tiksliau, kai taikoma teigiama vartų šaltinio įtampa, VGS, yra didesnė už nulį, oksido sluoksnyje, esančiame po vartais, atsiras viršutinis teigiamas ir apatinis neigiamas elektrinis laukas. Šis elektrinis laukas pritraukia laisvuosius elektronus P srityje, todėl jie kaupiasi žemiau oksido sluoksnio, tuo pačiu atstumdami skyles P srityje. Didėjant VGS, didėja elektrinio lauko stiprumas ir didėja pritrauktų laisvųjų elektronų koncentracija. Kai VGS pasiekia tam tikrą slenkstinę įtampą (VT), regione susikaupusių laisvųjų elektronų koncentracija yra pakankamai didelė, kad susidarytų naujas N tipo regionas (N kanalas), kuris veikia kaip tiltas, jungiantis kanalizaciją ir šaltinį. Šiuo metu, jei tarp kanalizacijos ir šaltinio yra tam tikra pavaros įtampa (VDS), pradeda tekėti išleidimo srovės ID.

III. Laidžio kanalo formavimasis ir keitimas

Laidžio kanalo formavimas yra MOSFET veikimo raktas. Kai VGS yra didesnis nei VT, nustatomas laidus kanalas, o nutekėjimo srovės ID veikia VGS ir VDS. VGS veikia ID, valdydamas laidžio kanalo plotį ir formą, o VDS veikia ID tiesiogiai kaip varomąją įtampą. Svarbu pažymėti, kad jei laidinis kanalas nenustatytas (ty VGS yra mažesnis nei VT), net jei yra VDS, nutekėjimo srovės ID nepasirodo.

IV. MOSFET charakteristikos

Didelė įėjimo varža:MOSFET įėjimo varža yra labai didelė, artima begalybei, nes tarp vartų ir šaltinio-nutekėjimo srities yra izoliacinis sluoksnis ir tik silpna vartų srovė.

Maža išėjimo varža:MOSFET yra įtampa valdomi įrenginiai, kuriuose šaltinio nutekėjimo srovė gali keistis priklausomai nuo įėjimo įtampos, todėl jų išėjimo varža yra maža.

Nuolatinis srautas:Dirbant prisotinimo srityje, MOSFET srovei beveik nedaro įtakos šaltinio-nutekėjimo įtampos pokyčiai, todėl užtikrinama puiki nuolatinė srovė.

 

Geras temperatūros stabilumas:MOSFET yra platus darbinės temperatūros diapazonas nuo -55°C iki maždaug +150°C.

V. Taikymas ir klasifikacijos

MOSFET yra plačiai naudojami skaitmeninėse grandinėse, analoginėse grandinėse, maitinimo grandinėse ir kitose srityse. Pagal veikimo tipą MOSFET galima suskirstyti į patobulinimo ir išeikvojimo tipus; pagal laidaus kanalo tipą juos galima suskirstyti į N kanalą ir P kanalą. Šie skirtingi MOSFET tipai turi savų pranašumų skirtinguose taikymo scenarijuose.

Apibendrinant galima teigti, kad MOSFET veikimo principas yra valdyti laidžiojo kanalo susidarymą ir pasikeitimą per vartų šaltinio įtampą, o tai savo ruožtu kontroliuoja nutekėjimo srovės srautą. Dėl didelės įvesties varžos, mažos išėjimo varžos, nuolatinės srovės ir temperatūros stabilumo MOSFET yra svarbus komponentas elektroninėse grandinėse.