Paano gumagana ang mga MOSFET

Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng MOSFET ay pangunahing batay sa mga natatanging katangian ng istruktura at mga epekto ng electric field. Ang sumusunod ay isang detalyadong paliwanag kung paano gumagana ang mga MOSFET:

I. Pangunahing istruktura ng MOSFET

Ang MOSFET ay pangunahing binubuo ng isang gate (G), isang source (S), isang drain (D), at isang substrate (B, kung minsan ay konektado sa source upang bumuo ng isang three-terminal device). Sa mga MOSFET sa pagpapahusay ng N-channel, ang substrate ay karaniwang isang low-doped P-type na silicon na materyal kung saan ang dalawang mataas na doped na N-type na rehiyon ay gawa-gawa upang magsilbing source at drain, ayon sa pagkakabanggit. Ang ibabaw ng P-type na substrate ay natatakpan ng isang napakanipis na oxide film (silicon dioxide) bilang isang insulating layer, at ang isang electrode ay iginuhit bilang gate. Ginagawa ng istrukturang ito ang gate na insulated mula sa P-type na semiconductor substrate, ang drain at ang source, at samakatuwid ay tinatawag ding insulated-gate field effect tube.

II. Prinsipyo ng operasyon

Ang mga MOSFET ay gumagana sa pamamagitan ng paggamit ng gate source voltage (VGS) upang kontrolin ang drain current (ID). Sa partikular, kapag ang inilapat na positive gate source boltahe, VGS, ay mas malaki kaysa sa zero, isang itaas na positibo at mas mababang negatibong electric field ay lilitaw sa oxide layer sa ibaba ng gate. Ang electric field na ito ay umaakit ng mga libreng electron sa P-rehiyon, na nagiging sanhi ng mga ito na maipon sa ibaba ng layer ng oxide, habang tinataboy ang mga butas sa P-region. Habang tumataas ang VGS, tumataas ang lakas ng electric field at tumataas ang konsentrasyon ng mga naaakit na libreng electron. Kapag ang VGS ay umabot sa isang tiyak na threshold boltahe (VT), ang konsentrasyon ng mga libreng electron na natipon sa rehiyon ay sapat na malaki upang bumuo ng isang bagong N-type na rehiyon (N-channel), na kumikilos tulad ng isang tulay na nagkokonekta sa drain at source. Sa puntong ito, kung mayroong partikular na driving voltage (VDS) sa pagitan ng drain at source, magsisimulang dumaloy ang drain current ID.

III. Pagbubuo at pagbabago ng conducting channel

Ang pagbuo ng conducting channel ay ang susi sa pagpapatakbo ng MOSFET. Kapag mas malaki ang VGS kaysa sa VT, itinatatag ang conducting channel at ang drain current ID ay apektado ng parehong VGS at VDS. Ang VGS ay nakakaapekto sa ID sa pamamagitan ng pagkontrol sa lapad at hugis ng conducting channel, habang ang VDS ay direktang nakakaapekto sa ID bilang ang boltahe sa pagmamaneho. mahalagang tandaan na kung ang conducting channel ay hindi naitatag (ibig sabihin, ang VGS ay mas mababa sa VT), kung gayon kahit na ang VDS ay naroroon, ang drain kasalukuyang ID ay hindi lilitaw.

IV. Mga katangian ng MOSFET

Mataas na input impedance:Ang input impedance ng MOSFET ay napakataas, malapit sa infinity, dahil mayroong isang insulating layer sa pagitan ng gate at ng source-drain region at isang mahina lamang na kasalukuyang gate.

Mababang output impedance:Ang mga MOSFET ay mga device na kinokontrol ng boltahe kung saan maaaring magbago ang source-drain current sa input voltage, kaya maliit ang kanilang output impedance.

Patuloy na daloy:Kapag nagpapatakbo sa rehiyon ng saturation, ang kasalukuyang ng MOSFET ay halos hindi naaapektuhan ng mga pagbabago sa boltahe ng source-drain, na nagbibigay ng mahusay na pare-pareho ang kasalukuyang.

Magandang katatagan ng temperatura:Ang mga MOSFET ay may malawak na hanay ng temperatura ng pagpapatakbo mula -55°C hanggang halos +150°C.

V. Mga aplikasyon at klasipikasyon

Ang mga MOSFET ay malawakang ginagamit sa mga digital circuit, analogue circuit, power circuit at iba pang field. Ayon sa uri ng operasyon, ang mga MOSFET ay maaaring uriin sa mga uri ng pagpapahusay at pagkaubos; ayon sa uri ng pagsasagawa ng channel, maaari silang maiuri sa N-channel at P-channel. Ang iba't ibang uri ng MOSFET na ito ay may sariling mga pakinabang sa iba't ibang sitwasyon ng aplikasyon.

Sa buod, ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng MOSFET ay upang kontrolin ang pagbuo at pagbabago ng conducting channel sa pamamagitan ng boltahe ng pinagmulan ng gate, na kung saan ay kumokontrol sa daloy ng kasalukuyang alisan ng tubig. Ang mataas na input impedance, mababang output impedance, pare-pareho ang kasalukuyang at katatagan ng temperatura ay ginagawang mahalagang bahagi ang MOSFET sa mga electronic circuit.