Металлооксидно-полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET, MOS-FET или MOS FET) — это полевой транзистор (FET с изолированным затвором), в котором напряжение определяет проводимость устройства.
Он используется для переключения или усиления сигналов. Способность изменять проводимость в зависимости от величины приложенного напряжения можно использовать для усиления или переключения электронных сигналов.
MOSFET в настоящее время даже более распространены, чем BJT (транзисторы с биполярным переходом) в цифровых и аналоговых схемах.
Диоксид кремния образует затвор МОП-транзистора. Он используется для обеспечения изоляции, предотвращая прямой поток зарядов на затворе в проводящий канал.
МОП-транзистор на сегодняшний день является наиболее распространенным транзистором в цифровых схемах, поскольку сотни тысяч или миллионы из них могут быть включены в микросхему памяти или микропроцессор.
Поскольку они могут быть изготовлены из полупроводников p- или n-типа, комплементарные пары МОП-транзисторов можно использовать для создания переключающих схем с очень низким энергопотреблением в форме КМОП-логики.
Почему MOSFET, а не BJT?
МОП-транзисторы особенно полезны в усилителях, поскольку их входное сопротивление практически бесконечно, что позволяет усилителю улавливать почти весь входящий сигнал. Основное преимущество заключается в том, что для управления током нагрузки практически не требуется входной ток, поэтому мы выбираем MOSFET вместо BJT.
Состав:
Это четырехполюсное устройство с клеммами источника (S), стока (D), затвора (G) и корпуса (B). Корпус (B) часто подключается к клемме источника, в результате чего количество клемм сокращается до трех. Он работает путем изменения ширины канала, по которому текут носители заряда (электроны или дырки).
Носители заряда входят в канал истока и выходят через сток. Ширина канала контролируется напряжением на электроде, называемом затвором, который расположен между истоком и стоком. Он изолирован от канала чрезвычайно тонким слоем оксида металла.
Полевой транзистор металл-изолятор-полупроводник или MISFET — это термин, почти синоним MOSFET. Другой синоним — IGFET для полевого транзистора с изолированным затвором.
Различные типы МОП-транзисторов
МОП-транзистор работает в двух режимах:
1. Режим истощения: транзистору требуется напряжение затвор-исток (VGS), чтобы выключить устройство. МОП-транзистор в режиме истощения эквивалентен «нормально закрытому» переключателю.
2. Режим улучшения: транзистору требуется напряжение затвор-исток (VGS) для включения устройства. Режим расширения MOSFET эквивалентен «нормально разомкнутому» переключателю.
Что касается принципа работы, MOSFET классифицируются следующим образом:
● МОП-транзистор с истощением P-канала.
● МОП-транзистор с улучшением P-канала.
● МОП-транзистор с истощением N-канала.
● Улучшенный N-канальный МОП-транзистор.
P-канальный МОП-транзистор
Режим истощения и улучшения P-канального МОП-транзистора
Сток и исток представляют собой сильно легированную p+-область, а подложка имеет n-тип. Ток течет за счет потока положительно заряженных дырок, поэтому его называют p-канальным МОП-транзистором.
Когда мы прикладываем отрицательное напряжение на затвор, электроны, находящиеся под оксидным слоем, испытывают силу отталкивания и толкаются вниз в подложку, а область обеднения заполняется связанными положительными зарядами, которые связаны с атомами-донорами.
Отрицательное напряжение на затворе также притягивает дырки из области истока и стока P+ в область канала.
N-канальный МОП-транзистор
Режим истощения и улучшения N-канального МОП-транзистора
Сток и исток представляют собой сильно легированную область N+, а подложка имеет p-тип. Ток течет за счет потока отрицательно заряженных электронов и поэтому известен как n-канальный МОП-транзистор.
Когда мы прикладываем положительное напряжение на затвор, дырки, находящиеся под оксидным слоем, испытывают силу отталкивания, и дырки толкаются вниз к связанным отрицательным зарядам, которые связаны с атомами-акцепторами.
Положительное напряжение на затворе также притягивает электроны из области истока и стока N+ в канал, таким образом формируется канал, богатый электронами.
Работа МОП-транзистора
Принцип работы МОП-транзистора зависит от МОП-конденсатора. МОП-конденсатор является основной частью МОП-транзистора. Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое расположена между выводами истока и стока. Его можно инвертировать из p-типа в n-тип, подав положительное или отрицательное напряжение на затворе.
Когда мы прикладываем положительное напряжение на затвор, отверстия, находящиеся под оксидным слоем, испытывают силу отталкивания, и отверстия прижимаются вниз вместе с подложкой.
Область обеднения заселена связанными отрицательными зарядами, связанными с атомами-акцепторами. Электроны достигают, и канал образуется. Положительное напряжение также притягивает в канал электроны из областей истока и стока n+.
Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение на затворе управляет электронами в канале. Если подать отрицательное напряжение, под оксидным слоем образуется дырочный канал.
Приложения
Усилители
Правила для двигателей постоянного тока
Конструкции чопперных усилителей
Переключение и усиление сигналов