A MOSFET működése

A MOSFET működési elve elsősorban egyedi szerkezeti tulajdonságain és elektromos térhatásán alapul. Az alábbiakban részletesen bemutatjuk a MOSFET működését:

 

I. A MOSFET alapfelépítése

A MOSFET főként egy kapuból (G), egy forrásból (S), egy lefolyóból (D) és egy szubsztrátumból (B) áll, amely néha a forráshoz csatlakozik, hogy három terminálú eszközt képezzen. Az N-csatornás továbbfejlesztett MOSFET-ekben a szubsztrát általában egy alacsony adalékolású P-típusú szilíciumanyag, amelyen két erősen adalékolt N-típusú régiót készítenek, amelyek forrásként és lefolyóként szolgálnak. A P típusú hordozó felületét szigetelőrétegként nagyon vékony oxidfilm (szilícium-dioxid) borítja, kapuként elektródát húznak. Ez a szerkezet szigeteli el a kaput a P-típusú félvezető hordozótól, a lefolyótól és a forrástól, ezért szigetelt kapu térhatású csőnek is nevezik.

II. Működési elv

A MOSFET-ek a kapuforrás feszültségét (VGS) használják a leeresztőáram (ID) szabályozására. Pontosabban, ha az alkalmazott pozitív kapuforrás feszültség (VGS) nagyobb, mint nulla, egy felső pozitív és egy alsó negatív elektromos mező jelenik meg a kapu alatti oxidrétegen. Ez az elektromos tér vonzza a szabad elektronokat a P-régióban, amitől azok felhalmozódnak az oxidréteg alatt, miközben taszítják a P-régióban lévő lyukakat. A VGS növekedésével az elektromos tér erőssége nő, és a vonzott szabad elektronok koncentrációja nő. Amikor a VGS elér egy bizonyos küszöbfeszültséget (VT), a régióban összegyűlt szabad elektronok koncentrációja elég nagy ahhoz, hogy egy új N-típusú régiót (N-csatornát) hozzon létre, amely hídként működik, amely összeköti a lefolyót és a forrást. Ezen a ponton, ha egy bizonyos meghajtó feszültség (VDS) van a lefolyó és a forrás között, a leeresztőáram ID elkezd folyni.

III. Vezetőcsatorna kialakulása és változása

A vezető csatorna kialakítása a MOSFET működésének kulcsa. Ha a VGS nagyobb, mint a VT, a vezető csatorna létrejön, és a leeresztőáram azonosítóját mind a VGS, mind a VDS befolyásolja. A VGS az ID-t a vezető csatorna szélességének és alakjának szabályozásával befolyásolja, míg a VDS közvetlenül befolyásolja az ID-t, mint a meghajtó feszültséget. Fontos megjegyezni, hogy ha a vezető csatorna nincs kiépítve (vagyis a VGS kisebb, mint a VT), akkor még ha van is VDS, a leeresztőáram azonosítója nem jelenik meg.

IV. A MOSFET-ek jellemzői

Magas bemeneti impedancia:A MOSFET bemeneti impedanciája nagyon magas, közel a végtelenhez, mivel a kapu és a forrás-drain tartomány között szigetelőréteg van, és csak gyenge a kapuáram.

Alacsony kimeneti impedancia:A MOSFET-ek feszültségvezérelt eszközök, amelyekben a forrás-levezető áram a bemeneti feszültséggel változhat, így a kimeneti impedanciájuk kicsi.

Állandó áramlás:Telítési tartományban történő működés esetén a MOSFET áramára gyakorlatilag nincs hatással a forrás-lefolyó feszültség változása, kiváló állandó áramot biztosítva.

 

Jó hőmérsékleti stabilitás:A MOSFET-ek széles üzemi hőmérsékleti tartományban vannak -55°C és kb. +150°C között.

V. Alkalmazások és osztályozások

A MOSFET-eket széles körben használják digitális áramkörökben, analóg áramkörökben, tápáramkörökben és más területeken. A működés típusa szerint a MOSFET-eket bővítő és kimerítő típusokba sorolhatjuk; a vezető csatorna típusa szerint N-csatornára és P-csatornára oszthatók. Ezeknek a különböző típusú MOSFET-eknek megvannak a maguk előnyei a különböző alkalmazási helyzetekben.

Összefoglalva, a MOSFET működési elve az, hogy a kapuforrás feszültségén keresztül szabályozza a vezető csatorna kialakulását és változását, ami viszont szabályozza a leeresztőáram áramlását. Magas bemeneti impedanciája, alacsony kimeneti impedanciája, állandó áram- és hőmérsékletstabilitása miatt a MOSFET-ek az elektronikus áramkörök fontos elemei.