Penjelasan terperinci tentang gambarajah prinsip kerja MOSFET | Analisis struktur dalaman FET

MOSFET adalah salah satu komponen paling asas dalam industri semikonduktor. Dalam litar elektronik, MOSFET biasanya digunakan dalam litar penguat kuasa atau litar bekalan kuasa pensuisan dan digunakan secara meluas. Di bawah,OLUKEYakan memberi anda penjelasan terperinci tentang prinsip kerja MOSFET dan menganalisis struktur dalaman MOSFET.

Apa ituMOSFET

MOSFET, Transistor Kesan Difailkan Semikonduktor Oksida Logam (MOSFET). Ia adalah transistor kesan medan yang boleh digunakan secara meluas dalam litar analog dan litar digital. Mengikut perbezaan kekutuban "saluran"nya (pembawa kerja), ia boleh dibahagikan kepada dua jenis: "jenis-N" dan "jenis-P", yang sering dipanggil NMOS dan PMOS.

Prinsip kerja MOSFET

MOSFET boleh dibahagikan kepada jenis peningkatan dan jenis penyusutan mengikut mod kerja. Jenis peningkatan merujuk kepada MOSFET apabila tiada voltan pincang digunakan dan tiada kontrasaluran duktif. Jenis penyusutan merujuk kepada MOSFET apabila tiada voltan pincang digunakan. Saluran konduktif akan muncul.

Dalam aplikasi sebenar, terdapat hanya jenis peningkatan saluran N dan MOSFET jenis peningkatan saluran P. Memandangkan NMOSFET mempunyai rintangan pada keadaan yang kecil dan mudah untuk dihasilkan, NMOS adalah lebih biasa daripada PMOS dalam aplikasi sebenar.

Mod peningkatan MOSFET

Terdapat dua persimpangan PN belakang ke belakang antara longkang D dan sumber S MOSFET mod tambahan. Apabila voltan sumber get VGS=0, walaupun voltan punca longkang VDS ditambah, sentiasa ada persimpangan PN dalam keadaan pincang songsang, dan tiada saluran konduktif antara longkang dan punca (tiada aliran arus). ). Oleh itu, ID semasa longkang=0 pada masa ini.

Pada masa ini, jika voltan ke hadapan ditambah antara pintu dan punca. Iaitu, VGS>0, maka medan elektrik dengan pintu sejajar dengan substrat silikon jenis P akan dijana dalam lapisan penebat SiO2 antara elektrod pintu dan substrat silikon. Oleh kerana lapisan oksida adalah penebat, voltan VGS yang digunakan pada pintu tidak dapat menghasilkan arus. Sebuah kapasitor dijana pada kedua-dua belah lapisan oksida, dan litar setara VGS mengecas kapasitor ini (kapasitor). Dan menjana medan elektrik, apabila VGS perlahan-lahan meningkat, tertarik oleh voltan positif pintu. Sebilangan besar elektron terkumpul di bahagian lain pemuat ini (kapasitor) dan mencipta saluran pengalir jenis N dari longkang ke sumber. Apabila VGS melebihi voltan hidup VT tiub (biasanya kira-kira 2V), tiub saluran N hanya mula mengalir, menghasilkan ID arus longkang. Kami memanggil voltan sumber pintu apabila saluran mula menjana voltan hidupkan. Umumnya dinyatakan sebagai VT.

Mengawal saiz voltan get VGS mengubah kekuatan atau kelemahan medan elektrik, dan kesan mengawal saiz ID arus longkang boleh dicapai. Ini juga merupakan ciri penting MOSFET yang menggunakan medan elektrik untuk mengawal arus, jadi ia juga dipanggil transistor kesan medan.

Struktur dalaman MOSFET

Pada substrat silikon jenis P dengan kepekatan kekotoran yang rendah, dua kawasan N+ dengan kepekatan kekotoran yang tinggi dibuat, dan dua elektrod dikeluarkan daripada aluminium logam untuk berfungsi sebagai longkang d dan sumber s masing-masing. Kemudian permukaan semikonduktor ditutup dengan lapisan penebat silikon dioksida (SiO2) yang sangat nipis, dan elektrod aluminium dipasang pada lapisan penebat antara longkang dan punca untuk berfungsi sebagai pintu g. Elektrod B juga ditarik keluar pada substrat, membentuk MOSFET mod peningkatan saluran N. Perkara yang sama berlaku untuk pembentukan dalaman MOSFET jenis peningkatan saluran P.

MOSFET saluran-N dan simbol litar MOSFET saluran-P

Gambar di atas menunjukkan simbol litar MOSFET. Dalam gambar, D ialah longkang, S ialah punca, G ialah pintu gerbang, dan anak panah di tengah mewakili substrat. Jika anak panah menghala ke dalam, ia menunjukkan MOSFET saluran N, dan jika anak panah menghala ke luar, ia menunjukkan MOSFET saluran P.

MOSFET dwi saluran N, MOSFET dwi saluran P dan simbol litar MOSFET saluran N+P

Malah, semasa proses pembuatan MOSFET, substrat disambungkan kepada sumber sebelum meninggalkan kilang. Oleh itu, dalam peraturan simbolologi, simbol anak panah yang mewakili substrat juga mesti disambungkan kepada sumber untuk membezakan longkang dan punca. Kekutuban voltan yang digunakan oleh MOSFET adalah serupa dengan transistor tradisional kami. Saluran N adalah serupa dengan transistor NPN. Longkang D disambungkan ke elektrod positif dan punca S disambungkan ke elektrod negatif. Apabila get G mempunyai voltan positif, saluran konduktif terbentuk dan MOSFET saluran N mula berfungsi. Begitu juga, saluran P adalah serupa dengan transistor PNP. Longkang D disambungkan ke elektrod negatif, sumber S disambungkan ke elektrod positif, dan apabila pintu G mempunyai voltan negatif, saluran konduktif terbentuk dan MOSFET saluran P mula berfungsi.

Prinsip kehilangan pensuisan MOSFET

Sama ada NMOS atau PMOS, terdapat rintangan dalaman pengaliran yang dihasilkan selepas ia dihidupkan, supaya arus akan menggunakan tenaga pada rintangan dalaman ini. Bahagian tenaga yang digunakan ini dipanggil penggunaan pengaliran. Memilih MOSFET dengan rintangan dalaman pengaliran kecil akan mengurangkan penggunaan pengaliran dengan berkesan. Rintangan dalaman semasa MOSFET berkuasa rendah biasanya sekitar puluhan miliohm, dan terdapat juga beberapa miliohm.

Apabila MOS dihidupkan dan ditamatkan, ia tidak boleh direalisasikan dalam sekelip mata. Voltan pada kedua-dua belah MOS akan mengalami penurunan yang berkesan, dan arus yang mengalir melaluinya akan mengalami peningkatan. Dalam tempoh ini, kehilangan MOSFET adalah hasil daripada voltan dan arus, yang merupakan kehilangan pensuisan. Secara umumnya, kerugian pensuisan adalah jauh lebih besar daripada kehilangan pengaliran, dan lebih cepat frekuensi pensuisan, lebih besar kerugian.

Hasil darab voltan dan arus pada saat pengaliran adalah sangat besar, mengakibatkan kerugian yang sangat besar. Kerugian penukaran boleh dikurangkan dalam dua cara. Satu adalah untuk mengurangkan masa pensuisan, yang boleh mengurangkan kerugian secara berkesan semasa setiap menghidupkan; yang lain adalah untuk mengurangkan kekerapan pensuisan, yang boleh mengurangkan bilangan suis setiap unit masa.

Di atas adalah penjelasan terperinci tentang gambarajah prinsip kerja MOSFET dan analisis struktur dalaman MOSFET. Untuk mengetahui lebih lanjut tentang MOSFET, dialu-alukan untuk berunding dengan OLUKEY untuk memberikan anda sokongan teknikal MOSFET!