Как работят MOSFET

Принципът на работа на MOSFET се основава главно на неговите уникални структурни свойства и ефекти на електрическото поле. По-долу е подробно обяснение как работят MOSFET транзисторите:

 

I. Основна структура на MOSFET

MOSFET се състои главно от порта (G), източник (S), дренаж (D) и субстрат (B, понякога свързан към източника, за да образува устройство с три извода). В MOSFET с N-канално усилване субстратът обикновено е ниско легиран P-тип силициев материал, върху който са произведени две силно легирани N-тип области, за да служат съответно като източник и дрейн. Повърхността на субстрата от тип P е покрита с много тънък оксиден филм (силициев диоксид) като изолационен слой и електрод е изтеглен като порта. Тази структура прави гейта изолиран от P-тип полупроводников субстрат, дрейн и сорс и следователно се нарича също изолирана тръба с ефект на полето.

II. Принцип на действие

MOSFET транзисторите работят, като използват напрежението на източника на вратата (VGS) за управление на тока на изтичане (ID). По-конкретно, когато приложеното положително напрежение на източника на портата, VGS, е по-голямо от нула, върху оксидния слой под портата ще се появи горно положително и долно отрицателно електрическо поле. Това електрическо поле привлича свободни електрони в P-областта, карайки ги да се натрупват под оксидния слой, докато отблъсква дупките в P-областта. С увеличаването на VGS силата на електрическото поле се увеличава и концентрацията на привлечените свободни електрони се увеличава. Когато VGS достигне определено прагово напрежение (VT), концентрацията на свободни електрони, събрани в региона, е достатъчно голяма, за да образува нов N-тип регион (N-канал), който действа като мост, свързващ изтичането и източника. В този момент, ако съществува определено управляващо напрежение (VDS) между изтичането и източника, ID на изтичащия ток започва да тече.

III. Образуване и промяна на проводящия канал

Формирането на проводящия канал е ключът към работата на MOSFET. Когато VGS е по-голямо от VT, проводящият канал е установен и ID на тока на изтичане се влияе както от VGS, така и от VDS. VGS влияе върху ID чрез контролиране на ширината и формата на проводящия канал, докато VDS засяга ID директно като управляващо напрежение. Важно е да се отбележи, че ако проводящият канал не е установен (т.е. VGS е по-малко от VT), тогава дори ако VDS е налице, идентификаторът на тока на изтичане не се появява.

IV. Характеристики на MOSFET

Висок входен импеданс:Входният импеданс на MOSFET е много висок, близък до безкрайността, защото има изолационен слой между портата и областта източник-дрейн и само слаб ток на портата.

Нисък изходен импеданс:MOSFET са устройства с управление на напрежението, в които токът източник-дрейн може да се променя с входното напрежение, така че техният изходен импеданс е малък.

Постоянен поток:Когато работи в областта на насищане, токът на MOSFET на практика не се влияе от промените в напрежението източник-дрейн, осигурявайки отличен постоянен ток.

 

Добра температурна стабилност:MOSFET транзисторите имат широк работен температурен диапазон от -55°C до около +150°C.

V. Приложения и класификации

MOSFET се използват широко в цифрови схеми, аналогови схеми, силови вериги и други области. Според вида на работа, MOSFET могат да бъдат класифицирани в типове подобрение и изчерпване; според вида на проводящия канал, те могат да бъдат класифицирани в N-канал и P-канал. Тези различни типове MOSFET имат своите предимства в различни сценарии на приложение.

В обобщение, принципът на работа на MOSFET е да контролира формирането и промяната на проводящия канал през напрежението на източника на затвора, което от своя страна контролира потока на изтичащия ток. Неговият висок входен импеданс, нисък изходен импеданс, постоянен ток и температурна стабилност правят MOSFET транзисторите важен компонент в електронните схеми.