MOSFET є одним із основних компонентів у напівпровідниковій промисловості. В електронних схемах МОП-транзистор зазвичай використовується в схемах підсилювача потужності або в схемах імпульсного джерела живлення і широко використовується. нижче,ОЛУКЕЙдасть вам детальне пояснення принципу роботи MOSFET і проаналізує внутрішню структуру MOSFET.
Що єMOSFET
MOSFET, металооксидний напівпровідниковий транзистор з повним ефектом (MOSFET). Це польовий транзистор, який можна широко використовувати в аналогових і цифрових схемах. Відповідно до різниці полярності його «каналу» (робочої носії) його можна розділити на два типи: «N-тип» і «P-тип», які часто називають NMOS і PMOS.
Принцип роботи MOSFET
MOSFET можна розділити на тип покращення та тип виснаження відповідно до режиму роботи. Тип посилення відноситься до MOSFET, коли напруга зміщення не подається і немає конпровідний канал. Тип виснаження відноситься до MOSFET, коли напруга зсуву не прикладена. З'явиться провідний канал.
У реальних додатках існують лише МОП-транзистори N-канального типу розширення та P-канального типу розширення. Оскільки NMOSFET мають невеликий опір у відкритому стані та прості у виготовленні, NMOS більш поширений, ніж PMOS у реальних додатках.
Режим підвищення MOSFET
Між стоком D і витоком S МОП-транзистора в режимі покращення є два прямих PN-переходу. Коли напруга затвор-витік VGS=0, навіть якщо додається напруга стік-витік VDS, завжди існує PN-перехід у зворотно-зміщеному стані, і немає провідного каналу між стоком і витоком (струм не тече). ). Отже, струм стоку ID=0 в цей час.
У цей час, якщо пряма напруга додається між затвором і витоком. Тобто VGS>0, тоді в ізоляційному шарі SiO2 між електродом затвора та кремнієвою підкладкою буде генеруватися електричне поле з затвором, вирівняним із кремнієвою підкладкою типу P. Оскільки шар оксиду є ізоляційним, напруга VGS, прикладена до затвора, не може виробляти струм. По обидва боки оксидного шару генерується конденсатор, і еквівалентна схема VGS заряджає цей конденсатор (конденсатор). І генерувати електричне поле, оскільки VGS повільно піднімається, притягнуте позитивною напругою затвора. Велика кількість електронів накопичується на іншій стороні цього конденсатора (конденсатора) і створює провідний канал N-типу від стоку до витоку. Коли VGS перевищує напругу вмикання VT трубки (зазвичай близько 2 В), N-канальна трубка просто починає проводити, генеруючи струм стоку ID. Ми називаємо напругою затвор-витік, коли канал вперше починає генерувати напругу включення. Зазвичай виражається як VT.
Контроль розміру напруги затвора VGS змінює напруженість або слабкість електричного поля, і може бути досягнутий ефект керування розміром струму стоку ID. Це також важлива особливість MOSFET, які використовують електричні поля для керування струмом, тому їх також називають польовими транзисторами.
Внутрішня структура MOSFET
На кремнієвій підкладці P-типу з низькою концентрацією домішок створено дві області N+ з високою концентрацією домішок, а два електроди витягнуті з металевого алюмінію, щоб служити стоком d і джерелом s відповідно. Потім поверхню напівпровідника покривають надзвичайно тонким ізоляційним шаром із діоксиду кремнію (SiO2), а на ізоляційному шарі між стоком і витоком встановлюють алюмінієвий електрод, який служить затвором g. Електрод B також витягується на підкладку, утворюючи N-канальний MOSFET режиму посилення. Те ж саме стосується внутрішнього формування МОП-транзисторів P-канального типу розширення.
Позначення схем N-канального MOSFET і P-канального MOSFET
На малюнку вище показано символ схеми MOSFET. На малюнку D — стік, S — джерело, G — затвор, а стрілка посередині позначає підкладку. Якщо стрілка спрямована всередину, це означає N-канальний MOSFET, а якщо стрілка спрямована назовні, це вказує на P-канальний MOSFET.
Подвійний N-канальний MOSFET, подвійний P-канальний MOSFET і N+P-канальний MOSFET символи схеми
Насправді під час виробничого процесу MOSFET підкладка підключається до джерела перед тим, як залишити фабрику. Тому в правилах символіки символ стрілки, що представляє підкладку, також повинен бути з’єднаний з джерелом, щоб розрізнити стік і джерело. Полярність напруги, яку використовує MOSFET, подібна до традиційного транзистора. N-канал схожий на транзистор NPN. Стік D з'єднаний з позитивним електродом, а джерело S - з негативним електродом. Коли затвор G має позитивну напругу, утворюється провідний канал і N-канальний MOSFET починає працювати. Подібним чином P-канал схожий на PNP-транзистор. Стік D підключається до негативного електрода, джерело S підключається до позитивного електрода, і коли затвор G має негативну напругу, утворюється провідний канал і MOSFET з P-каналом починає працювати.
Принцип втрат при перемиканні MOSFET
Незалежно від того, чи це NMOS або PMOS, після його ввімкнення виникає внутрішній опір провідності, тому струм споживатиме енергію на цьому внутрішньому опорі. Ця частина споживаної енергії називається споживанням провідності. Вибір MOSFET з малим внутрішнім опором провідності ефективно зменшить споживання провідності. Поточний внутрішній опір малопотужних МОП-транзисторів зазвичай становить близько десятків міліом, а також є кілька міліом.
Коли MOS увімкнено та припинено, це не повинно бути реалізовано миттєво. Напруга з обох сторін MOS матиме ефективне зменшення, а струм, що протікає через нього, збільшиться. Протягом цього періоду втрати MOSFET є добутком напруги та струму, що є втратою на комутацію. Взагалі кажучи, втрати на перемикання набагато більші, ніж втрати на провідність, і чим вище частота перемикання, тим більші втрати.
Добуток напруги і струму в момент провідності дуже великий, що призводить до дуже великих втрат. Втрати при комутації можна зменшити двома способами. Один полягає в зменшенні часу перемикання, що може ефективно зменшити втрати під час кожного включення; інший - зменшити частоту перемикань, що може зменшити кількість перемикань за одиницю часу.
Вище наведено детальне пояснення схеми принципу роботи MOSFET та аналіз внутрішньої структури MOSFET. Щоб дізнатися більше про MOSFET, зверніться до OLUKEY, щоб надати вам технічну підтримку MOSFET!
Час публікації: 16 грудня 2023 р
