MOSFET-ի աշխատանքի սկզբունքի դիագրամի մանրամասն բացատրություն | FET-ի ներքին կառուցվածքի վերլուծություն

MOSFET-ը կիսահաղորդչային արդյունաբերության ամենահիմնական բաղադրիչներից մեկն է: Էլեկտրոնային սխեմաներում MOSFET-ը սովորաբար օգտագործվում է ուժային ուժեղացուցիչների կամ անջատիչ սնուցման սխեմաներում և լայնորեն կիրառվում է: Ստորև՝ՕԼՈՒԿԵՅՁեզ մանրամասն կբացատրի MOSFET-ի աշխատանքի սկզբունքը և կվերլուծի MOSFET-ի ներքին կառուցվածքը:

Ինչ էՄՈՍՖԵՏ

ՄՈՍՖԵՏ, մետաղի օքսիդ կիսահաղորդչային էֆեկտի տրանզիստոր (MOSFET): Դա դաշտային ազդեցության տրանզիստոր է, որը կարող է լայնորեն օգտագործվել անալոգային սխեմաների և թվային սխեմաների մեջ: Ըստ իր «ալիքի» (աշխատանքային կրիչի) բևեռականության տարբերության՝ այն կարելի է բաժանել երկու տեսակի՝ «N-տիպ» և «P-type», որոնք հաճախ կոչվում են NMOS և PMOS։

MOSFET-ի աշխատանքի սկզբունքը

MOSFET-ը կարելի է բաժանել ուժեղացման տեսակի և սպառման տեսակի՝ ըստ աշխատանքային ռեժիմի: Բարելավման տեսակը վերաբերում է MOSFET-ին, երբ ոչ մի կողմնակալ լարում չի կիրառվում և չկա անսարքությունductive channel. Սպառման տեսակը վերաբերում է MOSFET-ին, երբ կողմնակալության լարում չի կիրառվում: Կհայտնվի հաղորդիչ ալիք:

Իրական կիրառություններում կան միայն N-channel տիպի և P-channel ընդլայնման տիպի MOSFET-ներ: Քանի որ NMOSFET-ներն ունեն փոքր կայուն դիմադրություն և հեշտ է արտադրվել, NMOS-ն ավելի տարածված է, քան PMOS-ն իրական կիրառություններում:

Ընդլայնման ռեժիմ MOSFET

Գոյություն ունեն երկու իրար հաջորդող PN հանգույցներ արտահոսքի D-ի և աղբյուրի S-ի ընդլայնման ռեժիմի MOSFET-ի միջև: Երբ դարպասի աղբյուրի լարումը VGS=0, նույնիսկ եթե ավելացվի արտահոսքի աղբյուրի լարումը VDS, միշտ կա PN միացում հակադարձ կողմնակալ վիճակում, և չկա հաղորդիչ ալիք արտահոսքի և աղբյուրի միջև (հոսանք չի հոսում ) Հետևաբար, արտահոսքի ընթացիկ ID=0 այս պահին:

Այս պահին, եթե դարպասի և աղբյուրի միջև առաջ լարման ավելացվի: Այսինքն՝ VGS>0, այնուհետև դարպասի էլեկտրոդի և սիլիցիումի հիմքի միջև SiO2 մեկուսիչ շերտում կստեղծվի էլեկտրական դաշտ, որի դարպասը հավասարեցված է P-տիպի սիլիցիումային ենթաշերտի հետ: Քանի որ օքսիդի շերտը մեկուսիչ է, դարպասի վրա կիրառվող VGS լարումը չի կարող հոսանք արտադրել: Օքսիդային շերտի երկու կողմերում էլ առաջանում է կոնդենսատոր, և VGS-ի համարժեք սխեման լիցքավորում է այս կոնդենսատորը (կոնդենսատորը): Եվ առաջացրեք էլեկտրական դաշտ, քանի որ VGS-ը դանդաղորեն բարձրանում է՝ գրավելով դարպասի դրական լարումը: Այս կոնդենսատորի (կոնդենսատորի) մյուս կողմում կուտակվում են մեծ թվով էլեկտրոններ և ստեղծում են N տիպի հաղորդիչ ալիք՝ արտահոսքից մինչև աղբյուր։ Երբ VGS-ը գերազանցում է խողովակի միացման VT լարումը (ընդհանուր առմամբ մոտ 2 Վ), N-ալիքի խողովակը պարզապես սկսում է վարվել՝ առաջացնելով արտահոսքի հոսանքի ID: Դարպասի աղբյուրի լարումը մենք անվանում ենք, երբ ալիքն առաջին անգամ սկսում է միացման լարումը առաջացնել: Ընդհանրապես արտահայտվում է որպես VT:

Դարպասի լարման VGS-ի չափը վերահսկելը փոխում է էլեկտրական դաշտի ուժը կամ թուլությունը, և կարելի է ձեռք բերել արտահոսքի հոսանքի ID-ի չափը վերահսկելու ազդեցությունը: Սա նաև MOSFET-ների կարևոր առանձնահատկությունն է, որոնք օգտագործում են էլեկտրական դաշտեր հոսանքը կառավարելու համար, ուստի դրանք կոչվում են նաև դաշտային ազդեցության տրանզիստորներ:

MOSFET-ի ներքին կառուցվածքը

Ցածր աղտոտման կոնցենտրացիայով P տիպի սիլիցիումի սուբստրատի վրա պատրաստվում են երկու N+ շրջաններ՝ բարձր կեղտոտ կոնցենտրացիայով, և երկու էլեկտրոդներ հանվում են մետաղական ալյումինից՝ համապատասխանաբար որպես արտահոսք d և աղբյուր s: Այնուհետև կիսահաղորդչային մակերեսը ծածկվում է չափազանց բարակ սիլիցիումի երկօքսիդով (SiO2) մեկուսիչ շերտով, իսկ ջրահեռացման և աղբյուրի միջև մեկուսիչ շերտի վրա տեղադրվում է ալյումինե էլեկտրոդ, որը ծառայում է որպես g դարպաս: Բ էլեկտրոդը նույնպես դուրս է քաշվում ենթաշերտի վրա՝ ձևավորելով N-ալիքի ընդլայնման ռեժիմի MOSFET: Նույնը վերաբերում է P-ալիքի ուժեղացման տիպի MOSFET-ների ներքին ձևավորմանը:

N-channel MOSFET և P-channel MOSFET սխեմաներ

Վերևի նկարը ցույց է տալիս MOSFET-ի միացման խորհրդանիշը: Նկարում D-ն արտահոսքն է, S-ը՝ աղբյուրը, G-ը՝ դարպասը, իսկ մեջտեղի սլաքը ներկայացնում է ենթաշերտը։ Եթե սլաքը ուղղված է դեպի ներս, ապա դա ցույց է տալիս N-ալիքի MOSFET-ը, իսկ եթե սլաքը ուղղված է դեպի դուրս, դա ցույց է տալիս P-ալիքի MOSFET-ը:

Կրկնակի N-ալիք MOSFET, երկակի P-ալիք MOSFET և N+P-ալիք MOSFET շղթայի նշաններ

Փաստորեն, MOSFET-ի արտադրության գործընթացում ենթաշերտը միացված է աղբյուրին գործարանից դուրս գալուց առաջ: Հետևաբար, սիմվոլոլոգիայի կանոններում սլաքի խորհրդանիշը, որը ներկայացնում է ենթաշերտը, նույնպես պետք է միացված լինի աղբյուրին, որպեսզի տարբերվի արտահոսքը և աղբյուրը: MOSFET-ի կողմից օգտագործվող լարման բևեռականությունը նման է մեր ավանդական տրանզիստորի: N-ալիքը նման է NPN տրանզիստորի: Դրենային D-ը միացված է դրական էլեկտրոդին, իսկ S աղբյուրը միացված է բացասական էլեկտրոդին։ Երբ G դարպասը դրական լարում է ունենում, ձևավորվում է հաղորդիչ ալիք և սկսում է աշխատել N-ալիքի MOSFET-ը: Նմանապես, P-ալիքը նման է PNP տրանզիստորի: Դրեն D-ը միացված է բացասական էլեկտրոդին, աղբյուրը՝ S-ը միացված է դրական էլեկտրոդին, իսկ երբ G դարպասը բացասական լարում է ունենում, ձևավորվում է հաղորդիչ ալիք և սկսում է աշխատել P-ալիքի MOSFET-ը։

MOSFET-ի միացման կորստի սկզբունքը

Անկախ նրանից, թե դա NMOS կամ PMOS է, այն միացնելուց հետո առաջանում է հաղորդման ներքին դիմադրություն, այնպես որ հոսանքը էներգիա կսպառի այս ներքին դիմադրության վրա: Սպառված էներգիայի այս մասը կոչվում է հաղորդունակության սպառում: Փոքր հաղորդունակությամբ ներքին դիմադրությամբ MOSFET ընտրելը արդյունավետորեն կնվազեցնի հաղորդման սպառումը: Ցածր էներգիայի MOSFET-ների ներկայիս ներքին դիմադրությունը ընդհանուր առմամբ կազմում է տասնյակ միլիօմ, և կան նաև մի քանի միլիօմ:

Երբ MOS-ը միացված է և դադարեցվում է, այն չպետք է իրականացվի մի ակնթարթում: ՄՕՍ-ի երկու կողմերում լարումը կունենա արդյունավետ նվազում, իսկ դրա միջով անցնող հոսանքը՝ աճ։ Այս ժամանակահատվածում MOSFET-ի կորուստը լարման և հոսանքի արտադրյալն է, որը միացման կորուստն է: Ընդհանուր առմամբ, միացման կորուստները շատ ավելի մեծ են, քան հաղորդման կորուստները, և որքան արագ է փոխարկման հաճախականությունը, այնքան մեծ են կորուստները:

Հաղորդման պահին լարման և հոսանքի արտադրյալը շատ մեծ է, ինչը հանգեցնում է շատ մեծ կորուստների: Միացման կորուստները կարող են կրճատվել երկու եղանակով. Մեկը միացման ժամանակի կրճատումն է, որը կարող է արդյունավետորեն նվազեցնել կորուստը յուրաքանչյուր միացման ժամանակ. Մյուսը միացման հաճախականությունը նվազեցնելն է, որը կարող է նվազեցնել մեկ միավոր ժամանակի անջատիչների քանակը:

Վերոնշյալը MOSFET-ի աշխատանքի սկզբունքի դիագրամի և MOSFET-ի ներքին կառուցվածքի վերլուծության մանրամասն բացատրությունն է: MOSFET-ի մասին ավելին իմանալու համար դիմեք OLUKEY-ին` ձեզ MOSFET-ի տեխնիկական աջակցություն տրամադրելու համար: