Kā darbojas MOSFET

MOSFET darbības princips galvenokārt balstās uz tā unikālajām strukturālajām īpašībām un elektriskā lauka efektiem. Tālāk ir sniegts detalizēts MOSFET darbības skaidrojums.

 

I. MOSFET pamatstruktūra

MOSFET galvenokārt sastāv no vārtiem (G), avota (S), drenāžas (D) un substrāta (B, dažreiz savienots ar avotu, lai izveidotu trīs terminālu ierīci). N-kanālu uzlabošanas MOSFET substrāts parasti ir P-veida silīcija materiāls ar zemu leģētu saturu, uz kura ir izgatavoti divi ļoti leģēti N-veida reģioni, kas attiecīgi kalpo par avotu un noteci. P veida substrāta virsma ir pārklāta ar ļoti plānu oksīda plēvi (silīcija dioksīdu) kā izolācijas slāni, un elektrods ir uzvilkts kā vārti. Šī konstrukcija padara vārtus izolētus no P-veida pusvadītāju substrāta, notekas un avota, un tāpēc tos sauc arī par izolētu vārtu lauka efekta cauruli.

II. Darbības princips

MOSFET darbojas, izmantojot aizslēga avota spriegumu (VGS), lai kontrolētu drenāžas strāvu (ID). Konkrēti, ja pielietotais pozitīvais vārtu avota spriegums VGS ir lielāks par nulli, uz oksīda slāņa zem vārtiem parādīsies augšējais pozitīvais un apakšējais negatīvais elektriskais lauks. Šis elektriskais lauks piesaista brīvos elektronus P reģionā, liekot tiem uzkrāties zem oksīda slāņa, vienlaikus atvairot caurumus P reģionā. Palielinoties VGS, palielinās elektriskā lauka stiprums un palielinās piesaistīto brīvo elektronu koncentrācija. Kad VGS sasniedz noteiktu sliekšņa spriegumu (VT), brīvo elektronu koncentrācija, kas savākta reģionā, ir pietiekami liela, lai izveidotu jaunu N tipa reģionu (N-kanālu), kas darbojas kā tilts, kas savieno noteci un avotu. Šajā brīdī, ja starp noteci un avotu pastāv noteikts piedziņas spriegums (VDS), sāk plūst drenāžas strāvas ID.

III. Vadošā kanāla veidošanās un maiņa

Vadošā kanāla veidošana ir MOSFET darbības atslēga. Ja VGS ir lielāks par VT, tiek izveidots vadošais kanāls un drenāžas strāvas ID ietekmē gan VGS, gan VDS. VGS ietekmē ID, kontrolējot vadošā kanāla platumu un formu, savukārt VDS ietekmē ID tieši kā piedziņas spriegumu. Ir svarīgi atzīmēt, ka, ja vadošais kanāls nav izveidots (ti, VGS ir mazāks par VT), pat tad, ja ir VDS, drenāžas strāvas ID neparādās.

IV. MOSFET raksturojums

Augsta ieejas pretestība:MOSFET ieejas pretestība ir ļoti augsta, tuvu bezgalībai, jo starp vārtiem un avota aizplūšanas reģionu ir izolācijas slānis un tikai vāja vārtu strāva.

Zema izejas pretestība:MOSFET ir sprieguma kontrolētas ierīces, kurās avota aizplūšanas strāva var mainīties līdz ar ieejas spriegumu, tāpēc to izejas pretestība ir maza.

Pastāvīga plūsma:Darbojoties piesātinājuma reģionā, MOSFET strāvu praktiski neietekmē avota-noteces sprieguma izmaiņas, nodrošinot lielisku pastāvīgu strāvu.

 

Laba temperatūras stabilitāte:MOSFET ir plašs darba temperatūras diapazons no -55°C līdz aptuveni +150°C.

V. Pielietojumi un klasifikācijas

MOSFET tiek plaši izmantoti digitālajās shēmās, analogajās shēmās, strāvas ķēdēs un citās jomās. Pēc darbības veida MOSFET var iedalīt uzlabošanas un izsīkšanas tipos; pēc vadošā kanāla veida tos var iedalīt N-kanālā un P-kanālā. Šiem dažādajiem MOSFET veidiem ir savas priekšrocības dažādos lietojumprogrammu scenārijos.

Rezumējot, MOSFET darbības princips ir vadīt vadošā kanāla veidošanos un maiņu caur vārtu avota spriegumu, kas savukārt kontrolē drenāžas strāvas plūsmu. Tā augstā ieejas pretestība, zemā izejas pretestība, pastāvīga strāva un temperatūras stabilitāte padara MOSFET par svarīgu elektronisko shēmu sastāvdaļu.