Hur MOSFET fungerar

Arbetsprincipen för MOSFET är huvudsakligen baserad på dess unika strukturella egenskaper och elektriska fälteffekter. Följande är en detaljerad förklaring av hur MOSFETs fungerar:

 

I. Grundläggande struktur för MOSFET

En MOSFET består huvudsakligen av en gate (G), en source (S), en drain (D) och ett substrat (B, ibland anslutet till source för att bilda en treterminalsenhet). I N-kanalsförstärkande MOSFET:er är substratet vanligtvis ett lågdopat kiselmaterial av P-typ på vilket två högdopade N-typregioner är tillverkade för att fungera som source respektive drain. Ytan på substratet av P-typ är täckt med en mycket tunn oxidfilm (kiseldioxid) som ett isolerande skikt, och en elektrod dras som grind. Denna struktur gör grinden isolerad från halvledarsubstratet av P-typ, drain och source, och kallas därför också för ett fälteffektrör med isolerad grind.

II. Funktionsprincip

MOSFET:er fungerar genom att använda gate source voltage (VGS) för att styra dräneringsströmmen (ID). Närmare bestämt, när den pålagda positiva grindkällans spänning, VGS, är större än noll, kommer ett övre positivt och nedre negativt elektriskt fält att uppträda på oxidskiktet under grinden. Detta elektriska fält attraherar fria elektroner i P-regionen, vilket gör att de ackumuleras under oxidskiktet, samtidigt som de stöter bort hål i P-regionen. När VGS ökar ökar styrkan på det elektriska fältet och koncentrationen av attraherade fria elektroner ökar. När VGS når en viss tröskelspänning (VT) är koncentrationen av fria elektroner som samlas i regionen tillräckligt stor för att bilda en ny region av N-typ (N-kanal), som fungerar som en bro som förbinder avloppet och källan. Vid denna tidpunkt, om det finns en viss drivspänning (VDS) mellan avloppet och källan, börjar dräneringsström-ID:t flöda.

III. Bildande och byte av ledande kanal

Bildandet av den ledande kanalen är nyckeln till driften av MOSFET. När VGS är större än VT etableras den ledande kanalen och dräneringsström-ID påverkas av både VGS och VDS.VGS påverkar ID genom att styra bredden och formen på den ledande kanalen, medan VDS påverkar ID direkt som drivspänningen. är viktigt att notera att om den ledande kanalen inte är etablerad (dvs. VGS är mindre än VT), så visas inte tömningsström-ID även om VDS finns.

IV. Kännetecken för MOSFET:er

Hög ingångsimpedans:Ingångsimpedansen hos MOSFET är mycket hög, nära oändligheten, eftersom det finns ett isolerande skikt mellan grinden och source-drain-området och endast en svag grindström.

Låg utgångsimpedans:MOSFETs är spänningsstyrda enheter där käll-drain-strömmen kan ändras med inspänningen, så deras utgångsimpedans är liten.

Konstant flöde:När man arbetar i mättnadsområdet är strömmen hos MOSFET-enheten praktiskt taget opåverkad av förändringar i käll-drain-spänningen, vilket ger utmärkt konstant ström.

 

Bra temperaturstabilitet:MOSFET:arna har ett brett driftstemperaturområde från -55°C till cirka +150°C.

V. Tillämpningar och klassificeringar

MOSFET:er används ofta i digitala kretsar, analoga kretsar, kraftkretsar och andra områden. Beroende på typen av operation kan MOSFET:er klassificeras i förbättrings- och utarmningstyper; beroende på typen av ledande kanal kan de klassificeras i N-kanal och P-kanal. Dessa olika typer av MOSFET har sina egna fördelar i olika tillämpningsscenarier.

Sammanfattningsvis är arbetsprincipen för MOSFET att styra bildandet och förändringen av den ledande kanalen genom gate source-spänningen, som i sin tur styr flödet av dräneringsström. Dess höga ingångsimpedans, låga utgångsimpedans, konstanta ström- och temperaturstabilitet gör MOSFETs till en viktig komponent i elektroniska kretsar.