Detaljeret forklaring af arbejdsprincipdiagrammet for MOSFET | Analyse af den interne struktur af FET

MOSFET er en af de mest basale komponenter i halvlederindustrien. I elektroniske kredsløb bruges MOSFET generelt i effektforstærkerkredsløb eller skiftende strømforsyningskredsløb og er meget udbredt. Under,OLUKEYvil give dig en detaljeret forklaring af arbejdsprincippet i MOSFET og analysere den interne struktur af MOSFET.

Hvad erMOSFET

MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor (MOSFET). Det er en felteffekttransistor, der kan bruges i vid udstrækning i analoge kredsløb og digitale kredsløb. Ifølge polaritetsforskellen på dens "kanal" (arbejdsbærer) kan den opdeles i to typer: "N-type" og "P-type", som ofte kaldes NMOS og PMOS.

MOSFET arbejdsprincip

MOSFET kan opdeles i forbedringstype og udtømningstype i henhold til arbejdstilstanden. Forbedringstypen refererer til MOSFET'en, når der ikke påføres nogen forspænding, og der ikke er nogen conduktiv kanal. Udtømningstypen refererer til MOSFET'en, når der ikke er påført forspænding. En ledende kanal vises.

I faktiske applikationer er der kun MOSFET'er af N-kanal-forbedringstype og P-kanal-forbedringstype. Da NMOSFET'er har lille on-state modstand og er nemme at fremstille, er NMOS mere almindelig end PMOS i faktiske applikationer.

Forbedringstilstand MOSFET

Der er to back-to-back PN-forbindelser mellem drænet D og kilden S på forbedringstilstanden MOSFET. Når gate-source spændingen VGS=0, selvom drain-source spændingen VDS tilføjes, er der altid en PN-junction i en omvendt forspændt tilstand, og der er ingen ledende kanal mellem drænet og kilden (ingen strøm løber ). Derfor er drænstrømmen ID=0 på dette tidspunkt.

På dette tidspunkt, hvis der tilføjes en fremadspænding mellem porten og kilden. Det vil sige VGS>0, så vil et elektrisk felt med porten justeret med P-type siliciumsubstratet blive genereret i SiO2-isoleringslaget mellem portelektroden og siliciumsubstratet. Fordi oxidlaget er isolerende, kan spændingen VGS påført til porten ikke producere strøm. En kondensator genereres på begge sider af oxidlaget, og VGS-ækvivalentkredsløbet oplader denne kondensator (kondensator). Og generer et elektrisk felt, mens VGS langsomt stiger, tiltrukket af portens positive spænding. Et stort antal elektroner akkumuleres på den anden side af denne kondensator (kondensator) og skaber en N-type ledende kanal fra dræn til kilde. Når VGS overstiger tændingsspændingen VT for røret (generelt omkring 2V), begynder N-kanalrøret lige at lede, hvilket genererer en drænstrøm-ID. Vi kalder gate-source spændingen, når kanalen først begynder at generere tændspændingen. Generelt udtrykt som VT.

Styring af størrelsen af portspændingen VGS ændrer styrken eller svagheden af det elektriske felt, og effekten af at kontrollere størrelsen af drænstrøm-ID kan opnås. Dette er også et vigtigt træk ved MOSFET'er, der bruger elektriske felter til at styre strøm, så de kaldes også felteffekttransistorer.

MOSFET intern struktur

På et P-type siliciumsubstrat med en lav urenhedskoncentration laves to N+ regioner med en høj urenhedskoncentration, og to elektroder trækkes ud af metalaluminium for at tjene som henholdsvis dræn d og source s. Derefter dækkes halvlederoverfladen med et ekstremt tyndt siliciumdioxid (SiO2) isoleringslag, og en aluminiumselektrode monteres på det isolerende lag mellem afløbet og kilden for at tjene som port g. En elektrode B trækkes også ud på substratet, og danner en N-kanals forstærkningstilstand MOSFET. Det samme gælder for den interne dannelse af MOSFET'er af P-kanal-forbedringstypen.

N-kanal MOSFET og P-kanal MOSFET kredsløbssymboler

Billedet ovenfor viser kredsløbssymbolet for MOSFET. På billedet er D drænet, S er kilden, G er porten, og pilen i midten repræsenterer substratet. Hvis pilen peger indad, angiver den en N-kanal MOSFET, og hvis pilen peger udad, angiver den en P-kanal MOSFET.

Dobbelt N-kanal MOSFET, dobbelt P-kanal MOSFET og N+P-kanal MOSFET kredsløbssymboler

Faktisk er substratet forbundet med kilden under MOSFET-fremstillingsprocessen, før det forlader fabrikken. Derfor skal pilesymbolet, der repræsenterer substratet, i symbologiske regler også forbindes med kilden for at skelne drænet og kilden. Polariteten af den spænding, der bruges af MOSFET, svarer til vores traditionelle transistor. N-kanalen ligner en NPN-transistor. Drænet D er forbundet med den positive elektrode, og kilden S er forbundet med den negative elektrode. Når porten G har en positiv spænding, dannes en ledende kanal, og N-kanal MOSFET begynder at arbejde. På samme måde ligner P-kanalen en PNP-transistor. Drænet D er forbundet til den negative elektrode, kilden S er forbundet med den positive elektrode, og når porten G har en negativ spænding, dannes en ledende kanal og P-kanal MOSFET begynder at arbejde.

MOSFET-koblingstabsprincip

Uanset om det er NMOS eller PMOS, er der en intern ledningsmodstand genereret, efter at den er tændt, så strømmen vil forbruge energi på denne interne modstand. Denne del af den forbrugte energi kaldes ledningsforbrug. Valg af en MOSFET med en lille intern ledningsmodstand vil effektivt reducere ledningsforbruget. Den aktuelle interne modstand i laveffekt MOSFET'er er generelt omkring titusvis af milliohm, og der er også flere milliohm.

Når MOS er tændt og afsluttet, må det ikke realiseres på et øjeblik. Spændingen på begge sider af MOS vil have et effektivt fald, og strømmen, der flyder gennem det, vil have en stigning. I denne periode er tabet af MOSFET produktet af spændingen og strømmen, som er koblingstabet. Generelt er koblingstab meget større end ledningstab, og jo hurtigere koblingsfrekvensen er, desto større er tabene.

Produktet af spænding og strøm i ledningsøjeblikket er meget stort, hvilket resulterer i meget store tab. Switchtab kan reduceres på to måder. Den ene er at reducere koblingstiden, hvilket effektivt kan reducere tabet under hver tænding; den anden er at reducere koblingsfrekvensen, hvilket kan reducere antallet af kontakter pr. tidsenhed.

Ovenstående er en detaljeret forklaring af arbejdsprincipdiagrammet for MOSFET og analyse af MOSFET's interne struktur. For at lære mere om MOSFET, velkommen til at konsultere OLUKEY for at give dig MOSFET teknisk support!