Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor – w skrócie MOSFET – są zdecydowanie najczęściej stosowanymi tranzystorami w układach elektronicznych. Ich znacząca miniaturyzacja umożliwia ich masowe stosowanie w różnorodnych układach, w szczególności w pamięciach i mikroprocesorach. Na przykład nowoczesna pamięć DDR4 o pojemności 128 gigabajtów składa się z ponad 137 miliardów takich tranzystorów.
Dowiedz się, jak zbudowane są tranzystory MOSFET, jak działają i do jakich zastosowań się nadają.
Ich zdolność do zmiany przewodnictwa wraz z poziomem przyłożonego napięcia może być wykorzystywana do wzmacniania lub przełączania sygnałów elektronicznych.
Ostatecznie, unipolarny tranzystor MOSFET jest rezystorem, którym można sterować za pomocą napięcia. W porównaniu do tranzystora bipolarnego, nie wymaga on prawie żadnego prądu wejściowego do sterowania prądem obciążenia, co jest jedną z największych zalet tego komponentu..
Termin "Metal-Oxide-Semiconductor " (MOS) zazwyczaj odnosi się do metalowej płytki, izolacji tlenkowej i półprzewodnika, zwykle krzemu..
Jednak metal w MOSFET jest obecnie mylony, ponieważ materiałem bramki może być również warstwa polikrzemu (krzem polikrystaliczny).
Oprócz tlenku można również stosować różne materiały dielektryczne, aby uzyskać wydajne kanały przy niższych napięciach. Kondensator MOS jest również częścią tej struktury.
Tranzystory MOSFET są albo częścią zintegrowanych układów MOS, albo elementami dyskretnymi. Możliwe jest też stosowanie wersji z jedną lub wieloma bramkami.
Jako że wszystkie one odpowiadają półprzewodnikom typu p lub n, komplementarne pary mogą być produkowane dla obwodów o bardzo niskim zużyciu energii.
Tranzystory MOSFET są produkowane w dwóch wariantach: jako "normalnie przewodzące" - tzw. typ deplecyjny - oraz jako normalnie blokujące - typ wzmacniający.
Wspólne dla wszystkich typów są trzy połączenia "S" dla źródła, "D" dla ścieżki i "G" dla bramki, odpowiadające źródłu, ścieżce i połączeniu sterującemu.
MOSFET opiera się na kontroli koncentracji nośników ładunku za pomocą kondensatora MOS pomiędzy elektrodami substratu a bramką. Bramka znajduje się na górnej stronie substratu i jest izolowana od wszystkich innych obszarów elementu przez warstwę dielektryczną, na przykład przez dwutlenek krzemu. Gdy do izolacji używa się innych materiałów dielektrycznych niż tlenki, mówi się o tranzystorze polowym metal-izolator-półprzewodnik, skrótowo MISFET. Używana jest również powszechnie akceptowana skrótowa nazwa IGFET dla tranzystora polowego z izolowaną bramką, która obowiązuje dla wszystkich typów.
W porównaniu do czystego kondensatora MOS, MOSFET zawiera dwa dodatkowe połączenia źródła i drenu, z których każde jest przyłączone do obszarów o wysokiej domieszce, oddzielonych obszarem podłoża. Obszary te mogą być typu p lub typu n. Źródło i dren są silnie domieszkowane i są oznaczone w zapisie znakiem "+" po typie domieszkowania.
Jeśli IGFET jest kanałem typu n, obszary domieszkowania źródła i drenu są obszarami typu "n+", a podłoże jest obszarem typu "p".
W kanale typu p, obszary domieszkowania źródła i drenu są regionami typu "p+", a podłoże jest regionem typu "n". Złącze źródła jest tak nazywane, ponieważ stanowi źródło nośników ładunku, które przepływają przez kanał. Podobnie, dren jest punktem, w którym nośniki ładunku opuszczają kanał.
Po przyłożeniu ujemnego napięcia bramka-źródło, na powierzchni podłoża typu n tworzony jest kanał typu p, analogiczny do kanału typu n, ale z przeciwnymi polaryzacjami ładunków i napięć.
Jeśli napięcie jest niższe niż napięcie progowe, kanał znika i tylko niewielki prąd podprogowy może przepływać między drenem a źródłem.
FAQ – często zadawane pytania
W jakich formach obudowy i do jakich typów montażu dostępne są tranzystory IGFET?
Komponenty te są dostępne zarówno z połączeniami lutowanymi, jak i do montażu SMD bezpośrednio na płytce drukowanej. Niektóre typy mają otwory przelotowe na śruby i mocowanie radiatorów.
Jaki jest maksymalny zakres temperatur dla tranzystorów MOSFET?
Typowe wartości maksymalne wahają się od 125 do 225 stopni Celsjusza
Jaka jest różnica między tranzystorem a tranzystorem unipolarnym?
Oba należą do grupy tranzystorów i mogą być wykorzystywane jako przełączniki lub wzmacniacze. W przeciwieństwie do samych tranzystorów, te z efektem działania pola funkcjonują z napięciem sterującym lub polem elektrycznym; prąd sterujący nie płynie. Ponadto tranzystory unipolarnemogą być również wykorzystywane do wzmacniania prądu przemiennego, co nie jest możliwe w przypadku tranzystorów bipolarnych.