Ինչպես են աշխատում MOSFET-ները

MOSFET-ի աշխատանքի սկզբունքը հիմնականում հիմնված է նրա յուրահատուկ կառուցվածքային հատկությունների և էլեկտրական դաշտի ազդեցության վրա: Հետևյալը մանրամասն բացատրություն է, թե ինչպես են աշխատում MOSFET-ները.

 

I. MOSFET-ի հիմնական կառուցվածքը

MOSFET-ը հիմնականում բաղկացած է դարպասից (G), աղբյուրից (S), արտահոսքից (D) և ենթաշերտից (B, երբեմն միացված է աղբյուրին՝ երեք տերմինալ սարք ստեղծելու համար): N-ալիքի ընդլայնման MOSFET-ներում ենթաշերտը սովորաբար ցածր դոպինգով P-տիպի սիլիցիումային նյութ է, որի վրա ստեղծվում են երկու բարձր դոպինգով N-տիպի շրջաններ՝ համապատասխանաբար որպես աղբյուր և արտահոսք ծառայելու համար: P-տիպի ենթաշերտի մակերեսը ծածկված է շատ բարակ օքսիդ թաղանթով (սիլիցիումի երկօքսիդ) որպես մեկուսիչ շերտ, իսկ էլեկտրոդը քաշվում է որպես դարպաս։ Այս կառուցվածքը դարպասը դարձնում է մեկուսացված P-տիպի կիսահաղորդչային հիմքից, արտահոսքից և աղբյուրից, և, հետևաբար, կոչվում է նաև մեկուսացված դարպասի դաշտային էֆեկտի խողովակ:

II. Գործողության սկզբունքը

MOSFET-ները գործում են՝ օգտագործելով դարպասի աղբյուրի լարումը (VGS)՝ արտահոսքի հոսանքը (ID) կառավարելու համար: Մասնավորապես, երբ կիրառվող դրական դարպասի աղբյուրի լարումը` VGS, զրոյից մեծ է, դարպասի տակ գտնվող օքսիդ շերտի վրա կհայտնվի վերին դրական և ստորին բացասական էլեկտրական դաշտ: Այս էլեկտրական դաշտը ձգում է ազատ էլեկտրոնները P-տարածաշրջանում, որի պատճառով նրանք կուտակվում են օքսիդի շերտից ներքև՝ միաժամանակ վանելով անցքերը P-տարածաշրջանում։ Քանի որ VGS-ն մեծանում է, էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը մեծանում է և ձգվող ազատ էլեկտրոնների կոնցենտրացիան մեծանում է։ Երբ VGS-ը հասնում է որոշակի շեմային լարման (VT), տարածաշրջանում հավաքված ազատ էլեկտրոնների կոնցենտրացիան բավական մեծ է՝ ձևավորելու նոր N տիպի շրջան (N-ալիք), որը գործում է որպես կամուրջ, որը միացնում է արտահոսքը և աղբյուրը: Այս պահին, եթե արտահոսքի և աղբյուրի միջև որոշակի շարժիչ լարում (VDS) գոյություն ունի, արտահոսքի հոսանքի ID-ն սկսում է հոսել:

III. Հաղորդավար ալիքի ձևավորում և փոփոխություն

Հաղորդիչ ալիքի ձևավորումը MOSFET-ի աշխատանքի բանալին է: Երբ VGS-ը VT-ից մեծ է, հաղորդիչ ալիքը հաստատվում է, և արտահոսքի հոսանքի ID-ն ազդում է ինչպես VGS-ի, այնպես էլ VDS-ի կողմից: Կարևոր է նշել, որ եթե հաղորդիչ ալիքը հաստատված չէ (այսինքն, VGS-ը VT-ից փոքր է), ապա նույնիսկ եթե առկա է VDS, արտահոսքի հոսանքի ID-ն չի երևում:

IV. MOSFET-ների բնութագրերը

Բարձր մուտքային դիմադրություն.MOSFET-ի մուտքային դիմադրությունը շատ բարձր է, մոտ է անսահմանությանը, քանի որ դարպասի և աղբյուր-ջրահեռացման շրջանի միջև կա մեկուսիչ շերտ և միայն թույլ դարպասի հոսանք:

Ցածր ելքային դիմադրություն.MOSFET-ները լարման միջոցով կառավարվող սարքեր են, որոնցում աղբյուր-ջրահեռացման հոսանքը կարող է փոխվել մուտքային լարման հետ, ուստի դրանց ելքային դիմադրությունը փոքր է:

Մշտական ​​հոսք.Հագեցվածության շրջանում աշխատելիս MOSFET-ի հոսանքը գործնականում չի ազդում աղբյուր-ցամաքեցման լարման փոփոխություններից՝ ապահովելով գերազանց մշտական ​​հոսանք:

 

Լավ ջերմաստիճանի կայունություն.MOSFET-ներն ունեն աշխատանքային ջերմաստիճանի լայն տիրույթ՝ -55°C-ից մինչև մոտ +150°C:

V. Կիրառումներ և դասակարգումներ

MOSFET-ները լայնորեն կիրառվում են թվային սխեմաների, անալոգային սխեմաների, հոսանքի սխեմաների և այլ ոլորտներում: Ըստ գործողության տեսակի՝ MOSFET-ները կարելի է դասակարգել ուժեղացման և սպառման տեսակների. Ըստ հաղորդիչ կապուղու տեսակի՝ դրանք կարելի է դասակարգել N-ալիքների և P-ալիքների: Այս տարբեր տեսակի MOSFET-ներն ունեն իրենց առավելությունները կիրառման տարբեր սցենարներում:

Ամփոփելով, MOSFET-ի աշխատանքի սկզբունքն է վերահսկել հաղորդիչ ալիքի ձևավորումը և փոփոխությունը դարպասի աղբյուրի լարման միջոցով, որն իր հերթին վերահսկում է արտահոսքի հոսքը: Դրա բարձր մուտքային դիմադրությունը, ցածր ելքային դիմադրությունը, մշտական ​​հոսանքը և ջերմաստիճանի կայունությունը MOSFET-ները դարձնում են էլեկտրոնային սխեմաների կարևոր բաղադրիչ: