Sådan fungerer MOSFET'er

Arbejdsprincippet for MOSFET er hovedsageligt baseret på dets unikke strukturelle egenskaber og elektriske felteffekter. Det følgende er en detaljeret forklaring af, hvordan MOSFET'er fungerer:

I. Grundlæggende struktur af MOSFET

En MOSFET består hovedsageligt af en gate (G), en source (S), et dræn (D) og et substrat (B, nogle gange forbundet til kilden for at danne en tre-terminal enhed). I N-kanalforstærkende MOSFET'er er substratet sædvanligvis et lavt-doteret P-type siliciummateriale, på hvilket to stærkt dopede N-type områder er fremstillet til at tjene som henholdsvis source og dræn. Overfladen af ​​P-type substratet er dækket med en meget tynd oxidfilm (siliciumdioxid) som et isolerende lag, og en elektrode er tegnet som porten. Denne struktur gør porten isoleret fra P-type halvledersubstratet, drænet og source, og kaldes derfor også et isoleret-gate felteffektrør.

II. Funktionsprincip

MOSFET'er fungerer ved at bruge gate source-spændingen (VGS) til at styre drænstrømmen (ID). Specifikt, når den påførte positive gate-kildespænding, VGS, er større end nul, vil et øvre positivt og et nedre negativt elektrisk felt fremkomme på oxidlaget under gate. Dette elektriske felt tiltrækker frie elektroner i P-regionen, hvilket får dem til at akkumulere under oxidlaget, mens de frastøder huller i P-regionen. Når VGS stiger, øges styrken af ​​det elektriske felt, og koncentrationen af ​​tiltrukne frie elektroner stiger. Når VGS når en vis tærskelspænding (VT), er koncentrationen af ​​frie elektroner samlet i området stor nok til at danne en ny N-type region (N-kanal), der fungerer som en bro, der forbinder drænet og kilden. På dette tidspunkt, hvis der eksisterer en bestemt drivspænding (VDS) mellem drænet og kilden, begynder drænstrøm-ID'et at flyde.

III. Dannelse og ændring af ledende kanal

Dannelsen af ​​den ledende kanal er nøglen til driften af ​​MOSFET. Når VGS er større end VT, etableres den ledende kanal, og drænstrøm-ID påvirkes af både VGS og VDS.VGS påvirker ID ved at styre bredden og formen af ​​den ledende kanal, mens VDS påvirker ID direkte som drivspændingen. er vigtigt at bemærke, at hvis den ledende kanal ikke er etableret (dvs. VGS er mindre end VT), så selv hvis VDS er til stede, vises drænstrøm-ID'et ikke.

IV. Karakteristika for MOSFET'er

Høj indgangsimpedans:MOSFET'ens indgangsimpedans er meget høj, tæt på uendeligt, fordi der er et isolerende lag mellem porten og source-drain-området og kun en svag portstrøm.

Lav udgangsimpedans:MOSFET'er er spændingskontrollerede enheder, hvor source-drain-strømmen kan ændre sig med indgangsspændingen, så deres udgangsimpedans er lille.

Konstant flow:Ved drift i mætningsområdet er strømmen af ​​MOSFET'en praktisk talt upåvirket af ændringer i source-drain-spændingen, hvilket giver fremragende konstant strøm.

God temperaturstabilitet:MOSFET'erne har et bredt driftstemperaturområde fra -55°C til omkring +150°C.

V. Anvendelser og klassifikationer

MOSFET'er er meget udbredt i digitale kredsløb, analoge kredsløb, strømkredsløb og andre områder. I henhold til operationstypen kan MOSFET'er klassificeres i forbedrings- og udtømningstyper; afhængigt af typen af ​​ledende kanal kan de klassificeres i N-kanal og P-kanal. Disse forskellige typer MOSFET'er har deres egne fordele i forskellige anvendelsesscenarier.

Sammenfattende er arbejdsprincippet for MOSFET at styre dannelsen og ændringen af ​​den ledende kanal gennem gate source-spændingen, som igen styrer strømmen af ​​drænstrøm. Dens høje indgangsimpedans, lave udgangsimpedans, konstante strøm- og temperaturstabilitet gør MOSFET'er til en vigtig komponent i elektroniske kredsløb.