Polprevodniški tranzistor kovinskega oksida (MOSFET, MOS-FET ali MOS FET) je vrsta tranzistorja na učinku polja (FET), ki je najpogosteje izdelan z nadzorovano oksidacijo silicija. Ima izolirana vrata, katerih napetost določa prevodnost naprave.
Njegova glavna značilnost je, da je med kovinskimi vrati in kanalom izolacijska plast iz silicijevega dioksida, zato ima visok vhodni upor (do 1015Ω). Razdeljen je tudi na N-kanalno cev in P-kanalno cev. Običajno sta podlaga (substrat) in vir S povezana skupaj.
Glede na različne prevodne načine so MOSFET-ji razdeljeni na tip izboljšave in tip osiromašenja.
Tako imenovani tip izboljšave pomeni: ko je VGS=0, je cev v stanju izklopa. Po dodajanju pravilnega VGS večino nosilcev pritegnejo vrata, s čimer se "izboljšajo" nosilci v tem območju in tvorijo prevodni kanal. .
Način izčrpavanja pomeni, da se kanal oblikuje, ko je VGS=0. Ko je dodana pravilna VGS, lahko večina nosilcev izteče iz kanala, s čimer se "izčrpajo" nosilci in izklopi cev.
Razločite razlog: vhodni upor JFET je več kot 100 MΩ in transkonduktivnost je zelo visoka, ko so vrata vodena, je magnetno polje notranjega prostora zelo enostavno zaznati podatkovni signal delovne napetosti na vratih, tako da se cevovod nagiba k biti do ali se nagiba k vklopu-izklopu. Če se indukcijska napetost telesa takoj doda vratom, ker je ključna elektromagnetna motnja močna, bo zgornja situacija pomembnejša. Če se igla merilnika odkloni ostro v levo, to pomeni, da je cevovod nagnjen do, upor odvodnega izvora RDS se razširi in količina toka odvodnega izvora zmanjša IDS. Nasprotno pa se igla merilnika odkloni ostro v desno, kar kaže, da je cevovod nagnjen k vklopu-izklopu, RDS se zniža in IDS dvigne. Vendar pa mora biti natančna smer, v katero je ukrivljena igla merilnika, odvisna od pozitivnega in negativnega pola inducirane napetosti (delovna napetost v pozitivni smeri ali delovna napetost v obratni smeri) in delovne sredine cevovoda.
WINSOK DFN3x3 MOSFET
Če za primer vzamemo kanal N, je izdelan na silicijevem substratu tipa P z dvema močno dopiranima izvornima difuzijskima območjema N+ in odvodnima difuzijskima območjema N+, nato pa se izvorna elektroda S in odvodna elektroda D izpeljeta. Izvor in substrat sta notranje povezana in vedno ohranjata enak potencial. Ko je odtok povezan s pozitivnim priključkom napajalnika in je vir priključen na negativni priključek napajalnika in VGS=0, je kanalski tok (tj. odvodni tok) ID=0. Ko se VGS postopoma povečuje, ki ga privlači pozitivna napetost vrat, se med obema difuzijskima regijama inducirajo negativno nabiti manjšinski nosilci, ki tvorijo kanal tipa N od odtoka do vira. Ko je VGS večji od vklopne napetosti VTN cevi (običajno približno +2 V), začne N-kanalna cev prevajati in tvori odtočni tok ID.
VMOSFET (VMOSFET), njegovo polno ime je V-groove MOSFET. Je na novo razvita visokoučinkovita preklopna naprava po MOSFET. Ne podeduje samo visoke vhodne impedance MOSFET (≥108 W), temveč tudi majhen pogonski tok (približno 0,1 μA). Ima tudi odlične lastnosti, kot so visoka odpornost na napetost (do 1200 V), velik delovni tok (1,5 A ~ 100 A), visoka izhodna moč (1 ~ 250 W), dobra transkonduktivna linearnost in hitra preklopna hitrost. Prav zato, ker združuje prednosti vakuumskih elektronk in močnostnih tranzistorjev, se pogosto uporablja v napetostnih ojačevalnikih (napetostno ojačanje lahko doseže tisočkrat), močnostnih ojačevalnikih, stikalnih napajalnikih in inverterjih.
Kot vsi vemo, so vrata, izvor in odtok tradicionalnega MOSFET-a približno na isti vodoravni ravnini na čipu in njegov delovni tok v bistvu teče v vodoravni smeri. Cev VMOS je drugačna. Ima dve glavni strukturni značilnosti: prvič, kovinska vrata imajo strukturo utorov v obliki črke V; drugič, ima navpično prevodnost. Ker je odvod vlečen iz zadnje strani čipa, ID ne teče vodoravno vzdolž čipa, ampak se začne iz močno dopiranega območja N+ (vir S) in teče v rahlo dopirano območje N-odnašanja skozi kanal P. Nazadnje sega navpično navzdol, da odteče D. Ker se površina prečnega prereza poveča, lahko skoznjo tečejo veliki tokovi. Ker je med vrati in čipom izolacijska plast iz silicijevega dioksida, je to še vedno MOSFET z izoliranimi vrati.
Prednosti uporabe:
MOSFET je napetostno krmiljen element, medtem ko je tranzistor tokovno krmiljen element.
MOSFET-je je treba uporabiti, kadar je dovoljena le majhna količina toka iz vira signala; tranzistorje je treba uporabiti, ko je napetost signala nizka in je dovoljeno, da se iz vira signala črpa več toka. MOSFET uporablja večinske nosilce za prevajanje električne energije, zato se imenuje unipolarna naprava, medtem ko tranzistorji za prevajanje električne energije uporabljajo večinske nosilce in manjšinske nosilce, zato se imenuje bipolarna naprava.
Izvor in odvod nekaterih MOSFET-ov se lahko uporabljata izmenično, napetost vrat pa je lahko pozitivna ali negativna, zaradi česar so bolj prilagodljivi kot triode.
MOSFET lahko deluje v pogojih zelo majhnega toka in zelo nizke napetosti, njegov proizvodni proces pa lahko zlahka integrira številne MOSFET-e na silicijevem čipu. Zato se MOSFET široko uporablja v velikih integriranih vezjih.
Olueky SOT-23N MOSFET
Ustrezne značilnosti uporabe MOSFET-a in tranzistorja
1. Izvor s, vrata g in odtok d MOSFET-a ustrezajo emitorju e, bazi b in kolektorju c tranzistorja. Njihove funkcije so podobne.
2. MOSFET je tokovna naprava z nadzorom napetosti, iD je krmiljen z vGS, njegov ojačevalni koeficient gm pa je na splošno majhen, zato je ojačevalna zmogljivost MOSFET-a slaba; tranzistor je tokovna naprava, ki jo krmili tok, iC pa krmili iB (ali iE).
3. Vrata MOSFET ne črpajo skoraj nobenega toka (ig»0); medtem ko baza tranzistorja vedno vleče določen tok, ko tranzistor deluje. Zato je vhodni upor vrat MOSFET-a višji od vhodnega upora tranzistorja.
4. MOSFET je sestavljen iz več nosilcev, ki sodelujejo pri prevodu; tranzistorji imajo dva nosilca, večnosilce in manjšinske nosilce, ki sodelujejo pri prevodu. Na koncentracijo manjšinskih nosilcev močno vplivajo dejavniki, kot sta temperatura in sevanje. Zato imajo MOSFET boljšo temperaturno stabilnost in močnejšo odpornost proti sevanju kot tranzistorji. MOSFET-je je treba uporabljati tam, kjer se okoljski pogoji (temperatura itd.) zelo razlikujejo.
5. Ko sta izvorna kovina in substrat MOSFET-a povezana skupaj, se lahko izvor in odvod uporabljata izmenično, značilnosti pa se malo spremenijo; medtem ko se kolektor in oddajnik triode uporabljata izmenično, sta značilnosti zelo različni. Vrednost β se bo zelo zmanjšala.
6. Koeficient šuma MOSFET-a je zelo majhen. MOSFET je treba čim bolj uporabljati v vhodni stopnji nizkošumnih ojačevalnih vezij in vezij, ki zahtevajo visoko razmerje med signalom in šumom.
7. Tako MOSFET kot tranzistor lahko tvorita različna ojačevalna vezja in preklopna vezja, vendar ima prvi preprost proizvodni postopek in ima prednosti nizke porabe energije, dobre toplotne stabilnosti in širokega razpona delovne napajalne napetosti. Zato se pogosto uporablja v velikih in zelo velikih integriranih vezjih.
8. Tranzistor ima velik vklopni upor, medtem ko ima MOSFET majhen vklopni upor, le nekaj sto mΩ. V trenutnih električnih napravah se MOSFET-ji običajno uporabljajo kot stikala in njihova učinkovitost je razmeroma visoka.
WINSOK SOT-323 inkapsulacijski MOSFET
MOSFET proti bipolarnemu tranzistorju
MOSFET je napetostno krmiljena naprava in vrata v bistvu ne sprejemajo toka, medtem ko je tranzistor tokovno krmiljena naprava in osnova mora prevzeti določen tok. Zato je treba uporabiti MOSFET, ko je nazivni tok vira signala izjemno majhen.
MOSFET je prevodnik z več nosilci, pri prevodu pa sodelujeta oba nosilca tranzistorja. Ker je koncentracija manjšinskih nosilcev zelo občutljiva na zunanje pogoje, kot sta temperatura in sevanje, je MOSFET bolj primeren za situacije, kjer se okolje močno spremeni.
Poleg uporabe kot ojačevalne naprave in krmiljena stikala, kot so tranzistorji, se MOSFET-ji lahko uporabljajo tudi kot napetostno krmiljeni spremenljivi linearni upori.
Izvor in odtok MOSFET-a sta po strukturi simetrična in ju je mogoče uporabljati izmenično. Napetost vrata-izvor MOSFET-ja v načinu izčrpavanja je lahko pozitivna ali negativna. Zato je uporaba MOSFET-jev bolj prilagodljiva kot tranzistorji.
Čas objave: 13. oktober 2023
