Detaljerad förklaring av arbetsprincipdiagrammet för MOSFET | Analys av den interna strukturen hos FET

MOSFET är en av de mest grundläggande komponenterna i halvledarindustrin. I elektroniska kretsar används MOSFET i allmänhet i effektförstärkarkretsar eller strömförsörjningskretsar och används ofta. Nedan,OLUKEYkommer att ge dig en detaljerad förklaring av arbetsprincipen för MOSFET och analysera MOSFETs interna struktur.

Vad ärMOSFET

MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor (MOSFET). Det är en fälteffekttransistor som kan användas i stor utsträckning i analoga kretsar och digitala kretsar. Enligt polaritetsskillnaden för dess "kanal" (arbetsbärare) kan den delas in i två typer: "N-typ" och "P-typ", som ofta kallas NMOS och PMOS.

MOSFET arbetsprincip

MOSFET kan delas in i förbättringstyp och utarmningstyp enligt arbetsläget. Förbättringstypen hänvisar till MOSFET när ingen förspänning appliceras och det inte finns någon konduktiv kanal. Utarmningstypen hänvisar till MOSFET när ingen förspänning appliceras. En ledande kanal visas.

I faktiska tillämpningar finns det endast MOSFET:er av N-kanals förbättringstyp och P-kanals förbättringstyp. Eftersom NMOSFETs har liten resistans i tillstånd och är lätta att tillverka, är NMOS vanligare än PMOS i faktiska applikationer.

Förbättringsläge MOSFET

Det finns två rygg mot rygg PN-övergångar mellan kollektor D och källa S för förbättringsmod MOSFET. När gate-source-spänningen VGS=0, även om drain-source-spänningen VDS adderas, finns det alltid en PN-övergång i ett omvänt förspänt tillstånd, och det finns ingen ledande kanal mellan drain och source (ingen ström flyter ). Därför är dräneringsströmmen ID=0 vid denna tidpunkt.

Vid denna tidpunkt, om en framåtspänning läggs till mellan grinden och källan. Det vill säga VGS>0, då kommer ett elektriskt fält med grinden i linje med kiselsubstratet av P-typ att genereras i det isolerande SiO2-skiktet mellan grindelektroden och kiselsubstratet. Eftersom oxidskiktet är isolerande kan spänningen VGS som appliceras på grinden inte producera ström. En kondensator genereras på båda sidor av oxidskiktet, och VGS-ekvivalentkretsen laddar denna kondensator (kondensator). Och generera ett elektriskt fält, när VGS långsamt stiger, attraherad av portens positiva spänning. Ett stort antal elektroner ackumuleras på andra sidan av denna kondensator (kondensator) och skapar en ledande kanal av N-typ från avlopp till källa. När VGS överskrider rörets startspänning VT (vanligtvis cirka 2V), börjar N-kanalsröret bara leda, vilket genererar en dräneringsström-ID. Vi kallar gate-source-spänningen när kanalen först börjar generera startspänningen. Generellt uttryckt som VT.

Styrning av storleken på grindspänningen VGS ändrar styrkan eller svagheten hos det elektriska fältet, och effekten av att kontrollera storleken på dräneringsström-ID kan uppnås. Detta är också en viktig egenskap hos MOSFETs som använder elektriska fält för att styra ström, så de kallas också fälteffekttransistorer.

MOSFET intern struktur

På ett kiselsubstrat av P-typ med en låg föroreningskoncentration görs två N+-regioner med en hög föroreningskoncentration och två elektroder dras ut av metallaluminium för att fungera som avlopps-d respektive källan s. Därefter täcks halvledarytan med ett extremt tunt isoleringsskikt av kiseldioxid (SiO2), och en aluminiumelektrod installeras på det isolerande skiktet mellan avloppet och källan för att fungera som grind g. En elektrod B dras också ut på substratet och bildar en N-kanals förbättringsläges MOSFET. Detsamma gäller för den interna bildningen av MOSFETs av P-kanals förbättringstyp.

N-kanals MOSFET- och P-kanals MOSFET-kretssymboler

Bilden ovan visar kretssymbolen för MOSFET. På bilden är D avloppet, S är källan, G är porten och pilen i mitten representerar substratet. Om pilen pekar inåt indikerar den en N-kanal MOSFET, och om pilen pekar utåt indikerar den en P-kanal MOSFET.

Dubbel N-kanals MOSFET, dubbel P-kanal MOSFET och N+P-kanal MOSFET kretssymboler

Faktum är att under MOSFET-tillverkningsprocessen kopplas substratet till källan innan det lämnar fabriken. Därför, i symbolreglerna, måste pilsymbolen som representerar substratet också kopplas till källan för att skilja avloppet och källan. Polariteten på spänningen som används av MOSFET liknar vår traditionella transistor. N-kanalen liknar en NPN-transistor. Dräneringen D är ansluten till den positiva elektroden och källan S är ansluten till den negativa elektroden. När grinden G har en positiv spänning bildas en ledande kanal och N-kanals MOSFET börjar arbeta. På liknande sätt liknar P-kanalen en PNP-transistor. Drain D är ansluten till den negativa elektroden, källan S är ansluten till den positiva elektroden, och när grinden G har en negativ spänning bildas en ledande kanal och P-kanalen MOSFET börjar fungera.

MOSFET kopplingsförlustprincip

Oavsett om det är NMOS eller PMOS, finns det ett internt ledningsmotstånd som genereras efter att det slås på, så att strömmen kommer att förbruka energi på detta interna motstånd. Denna del av den förbrukade energin kallas ledningsförbrukning. Att välja en MOSFET med ett litet internt ledningsmotstånd kommer effektivt att minska ledningsförbrukningen. Den nuvarande interna resistansen hos lågeffekts MOSFET:er är i allmänhet runt tiotals milliohm, och det finns också flera milliohm.

När MOS slås på och avslutas får det inte realiseras på ett ögonblick. Spänningen på båda sidor av MOS kommer att ha en effektiv minskning, och strömmen som flyter genom den kommer att öka. Under denna period är förlusten av MOSFET produkten av spänningen och strömmen, vilket är omkopplingsförlusten. Generellt sett är kopplingsförlusterna mycket större än ledningsförlusterna, och ju snabbare kopplingsfrekvensen är, desto större blir förlusterna.

Produkten av spänning och ström vid ledningsögonblicket är mycket stor, vilket resulterar i mycket stora förluster. Växlingsförluster kan minskas på två sätt. En är att minska kopplingstiden, vilket effektivt kan minska förlusten under varje påslag; den andra är att minska kopplingsfrekvensen, vilket kan minska antalet växlar per tidsenhet.

Ovanstående är en detaljerad förklaring av arbetsprincipdiagrammet för MOSFET och analys av MOSFET:s interna struktur. För att lära dig mer om MOSFET, välkommen att konsultera OLUKEY för att ge dig MOSFET teknisk support!