Како раде МОСФЕТ-ови

Принцип рада МОСФЕТ-а се углавном заснива на његовим јединственим структурним својствима и ефектима електричног поља. Следеће је детаљно објашњење како МОСФЕТ функционишу:

 

И. Основна структура МОСФЕТ-а

МОСФЕТ се углавном састоји од капије (Г), извора (С), дрена (Д) и супстрата (Б, понекад повезан са извором да формира уређај са три терминала). У МОСФЕТ-овима за побољшање Н-канала, супстрат је обично ниско допирани силицијумски материјал П-типа на коме су два високо допирана региона Н-типа направљена да служе као извор и одвод, респективно. Површина подлоге типа П је прекривена врло танким оксидним филмом (силицијум диоксид) као изолационим слојем, а електрода је нацртана као капија. Ова структура чини капију изолованом од полупроводничког супстрата П-типа, одвода и извора, па се стога назива и цев са ефектом поља са изолованим гејтом.

ИИ. Принцип рада

МОСФЕТ-ови раде коришћењем напона извора гејта (ВГС) за контролу струје одвода (ИД). Конкретно, када је примењени позитивни напон извора гејта, ВГС, већи од нуле, горње позитивно и доње негативно електрично поље ће се појавити на слоју оксида испод капије. Ово електрично поље привлачи слободне електроне у П-регији, узрокујући да се акумулирају испод оксидног слоја, док одбијају рупе у П-регији. Како се ВГС повећава, јачина електричног поља расте и концентрација привучених слободних електрона расте. Када ВГС достигне одређени гранични напон (ВТ), концентрација слободних електрона прикупљених у региону је довољно велика да формира нови регион Н-типа (Н-канал), који делује као мост који повезује одвод и извор. У овом тренутку, ако постоји одређени напон покретања (ВДС) између одвода и извора, ИД струје одвода почиње да тече.

ИИИ. Формирање и промена проводног канала

Формирање проводног канала је кључ за рад МОСФЕТ-а. Када је ВГС већи од ВТ, проводни канал се успоставља и на ИД струје одвода утичу и ВГС и ВДС. ВГС утиче на ИД контролишући ширину и облик проводног канала, док ВДС утиче на ИД директно као погонски напон. Важно је напоменути да ако проводни канал није успостављен (тј. ВГС је мањи од ВТ), чак и ако је ВДС присутан, ИД струје одвода се не појављује.

ИВ. Карактеристике МОСФЕТ-ова

Висока улазна импеданса:Улазна импеданса МОСФЕТ-а је веома висока, близу бесконачности, јер постоји изолациони слој између гејта и региона извор-дрејн и само слаба струја гејта.

Ниска излазна импеданса:МОСФЕТ-ови су уређаји контролисани напоном у којима струја извора-одвода може да се мења са улазним напоном, тако да је њихова излазна импеданса мала.

Константан проток:Када ради у региону засићења, на струју МОСФЕТ-а практично не утичу промене напона извор-дрејн, обезбеђујући одличну константну струју.

 

Добра температурна стабилност:МОСФЕТ-ови имају широк распон радних температура од -55°Ц до око +150°Ц.

В. Примене и класификације

МОСФЕТ се широко користе у дигиталним колима, аналогним колима, струјним колима и другим пољима. Према типу рада, МОСФЕТ-ови се могу класификовати на типове побољшања и осиромашења; према врсти проводног канала могу се класификовати на Н-каналне и П-каналне. Ови различити типови МОСФЕТ-а имају своје предности у различитим сценаријима примене.

Укратко, принцип рада МОСФЕТ-а је да контролише формирање и промену проводног канала кроз напон извора гејта, који заузврат контролише ток одводне струје. Његова висока улазна импеданса, ниска излазна импеданса, константна струја и стабилност температуре чине МОСФЕТ-е важном компонентом у електронским колима.