MOSFET er en av de mest grunnleggende komponentene i halvlederindustrien. I elektroniske kretser brukes MOSFET generelt i effektforsterkerkretser eller byttestrømforsyningskretser og er mye brukt. Under,OLUKEYvil gi deg en detaljert forklaring av arbeidsprinsippet til MOSFET og analysere den interne strukturen til MOSFET.
Hva erMOSFET
MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor (MOSFET). Det er en felteffekttransistor som kan brukes mye i analoge kretser og digitale kretser. I henhold til polaritetsforskjellen til dens "kanal" (arbeidsbærer), kan den deles inn i to typer: "N-type" og "P-type", som ofte kalles NMOS og PMOS.
MOSFET arbeidsprinsipp
MOSFET kan deles inn i forbedringstype og utarmingstype i henhold til arbeidsmodusen. Forbedringstypen refererer til MOSFET når ingen forspenning er påført og det ikke er noen konduktiv kanal. Uttømmingstypen refererer til MOSFET når ingen forspenning påføres. En ledende kanal vises.
I faktiske applikasjoner er det bare MOSFET-er av N-kanal-forbedringstype og P-kanal-forbedringstype. Siden NMOSFET-er har liten on-state-motstand og er enkle å produsere, er NMOS mer vanlig enn PMOS i faktiske applikasjoner.
Forbedringsmodus MOSFET
Det er to rygg-mot-rygg PN-kryss mellom dren D og kilde S til forbedringsmodus MOSFET. Når gate-source-spenningen VGS=0, selv om drain-source-spenningen VDS legges til, er det alltid et PN-kryss i en omvendt forspent tilstand, og det er ingen ledende kanal mellom avløpet og kilden (ingen strøm flyter ). Derfor er dreneringsstrømmen ID=0 på dette tidspunktet.
På dette tidspunktet, hvis en foroverspenning legges til mellom porten og kilden. Det vil si VGS>0, da vil et elektrisk felt med porten på linje med P-type silisiumsubstratet bli generert i SiO2-isolasjonslaget mellom portelektroden og silisiumsubstratet. Fordi oksidlaget er isolerende, kan ikke spenningen VGS påført porten produsere strøm. En kondensator genereres på begge sider av oksidlaget, og VGS-ekvivalentkretsen lader denne kondensatoren (kondensatoren). Og generer et elektrisk felt, mens VGS sakte stiger, tiltrukket av den positive spenningen til porten. Et stort antall elektroner samler seg på den andre siden av denne kondensatoren (kondensatoren) og skaper en ledende kanal av N-type fra avløp til kilde. Når VGS overskrider innkoblingsspenningen VT til røret (vanligvis ca. 2V), begynner N-kanalrøret akkurat å lede, og genererer en dreneringsstrøm-ID. Vi kaller gate-source spenningen når kanalen først begynner å generere tenningsspenningen. Generelt uttrykt som VT.
Kontroll av størrelsen på portspenningen VGS endrer styrken eller svakheten til det elektriske feltet, og effekten av å kontrollere størrelsen på dreneringsstrømmens ID kan oppnås. Dette er også en viktig funksjon ved MOSFET-er som bruker elektriske felt for å kontrollere strøm, så de kalles også felteffekttransistorer.
MOSFET intern struktur
På et silisiumsubstrat av P-type med lav urenhetskonsentrasjon lages to N+-områder med høy urenhetskonsentrasjon, og to elektroder trekkes ut av metallaluminium for å tjene som henholdsvis dren d og kilden s. Deretter dekkes halvlederoverflaten med et ekstremt tynt silisiumdioksyd (SiO2) isolasjonslag, og en aluminiumselektrode installeres på det isolerende laget mellom avløpet og kilden for å tjene som port g. En elektrode B er også trukket ut på substratet, og danner en N-kanals forsterkningsmodus MOSFET. Det samme gjelder for den interne dannelsen av MOSFET-er av P-kanal-forbedringstype.
N-kanals MOSFET- og P-kanals MOSFET-kretssymboler
Bildet over viser kretssymbolet til MOSFET. På bildet er D avløpet, S er kilden, G er porten, og pilen i midten representerer underlaget. Hvis pilen peker innover, indikerer den en N-kanal MOSFET, og hvis pilen peker utover, indikerer den en P-kanal MOSFET.
To N-kanals MOSFET-, to-P-kanals MOSFET- og N+P-kanals MOSFET-kretssymboler
Faktisk, under MOSFET-produksjonsprosessen, kobles substratet til kilden før det forlater fabrikken. Derfor, i symbolreglene, må pilsymbolet som representerer substratet også kobles til kilden for å skille sluket og kilden. Polariteten til spenningen som brukes av MOSFET er lik vår tradisjonelle transistor. N-kanalen ligner på en NPN-transistor. Drenet D er koblet til den positive elektroden og kilden S er koblet til den negative elektroden. Når porten G har en positiv spenning, dannes en ledende kanal og N-kanal MOSFET begynner å fungere. På samme måte ligner P-kanalen på en PNP-transistor. Drain D kobles til den negative elektroden, kilden S kobles til den positive elektroden, og når porten G har negativ spenning, dannes det en ledende kanal og P-kanal MOSFET begynner å virke.
MOSFET koblingstapsprinsipp
Enten det er NMOS eller PMOS, er det en intern ledningsmotstand generert etter at den er slått på, slik at strømmen vil forbruke energi på denne interne motstanden. Denne delen av energien som forbrukes kalles ledningsforbruk. Å velge en MOSFET med en liten indre ledningsmotstand vil effektivt redusere ledningsforbruket. Den nåværende interne motstanden til MOSFET-er med lav effekt er vanligvis rundt titalls milliohm, og det er også flere milliohm.
Når MOS slås på og avsluttes, må det ikke realiseres på et øyeblikk. Spenningen på begge sider av MOS vil ha en effektiv reduksjon, og strømmen som går gjennom den vil ha en økning. I løpet av denne perioden er tapet av MOSFET produktet av spenningen og strømmen, som er svitsjetapet. Generelt sett er koblingstap mye større enn ledningstap, og jo raskere koblingsfrekvens, desto større tap.
Produktet av spenning og strøm i ledningsøyeblikket er veldig stort, noe som resulterer i svært store tap. Byttetap kan reduseres på to måter. Den ene er å redusere koblingstiden, noe som effektivt kan redusere tapet under hver påslag; den andre er å redusere bryterfrekvensen, noe som kan redusere antall brytere per tidsenhet.
Ovennevnte er en detaljert forklaring av arbeidsprinsippdiagrammet til MOSFET og analyse av den interne strukturen til MOSFET. For å lære mer om MOSFET, velkommen til å konsultere OLUKEY for å gi deg MOSFET teknisk støtte!
Innleggstid: 16. desember 2023
