Metalloksiid-pooljuhtväljatransistor (MOSFET, MOS-FET või MOS FET) on väljatransistoride (FET) tüüp, mida kõige sagedamini valmistatakse räni kontrollitud oksüdatsiooni teel. Sellel on isoleeritud värav, mille pinge määrab seadme juhtivuse.
Selle peamine omadus on see, et metallvärava ja kanali vahel on ränidioksiidi isolatsioonikiht, mistõttu on sellel kõrge sisendtakistus (kuni 1015Ω). Samuti on see jagatud N-kanaliga toruks ja P-kanaliga toruks. Tavaliselt on substraat (põhimik) ja allikas S omavahel ühendatud.
Erinevate juhtivusrežiimide järgi jagatakse MOSFET-id täiustustüübiks ja tühjenemistüübiks.
Nn täiustustüüp tähendab: kui VGS=0, on toru väljalülitatud olekus. Pärast õige VGS-i lisamist meelitatakse enamus kandjaid väravasse, "täiustades" selle piirkonna kandjaid ja moodustades juhtiva kanali. .
Tühjendusrežiim tähendab, et kui VGS = 0, moodustub kanal. Õige VGS-i lisamisel saab enamik kandjaid kanalist välja voolata, "tühjendades" kandjad ja lülitades toru välja.
Eristage põhjust: JFET-i sisendtakistus on üle 100MΩ ja transjuhtivus on väga kõrge, kui värav on juhitud, on siseruumi magnetväljal väga lihtne tuvastada värava tööpinge andmesignaali, nii et torujuhe kipub olema valmis või kipub olema sisse-välja. Kui väravale lisatakse kohe keha induktsioonipinge, kuna võtme elektromagnetilised häired on tugevad, on ülaltoodud olukord olulisem. Kui arvesti nõel kaldub järsult vasakule, tähendab see, et torujuhe kipub olema kuni, äravooluallika takisti RDS laieneb ja äravooluallika voolu hulk väheneb IDS-i. Vastupidi, arvesti nõel kaldub järsult paremale, mis näitab, et torujuhe kipub olema sisse-välja lülitatud, RDS langeb ja IDS tõuseb. Täpne arvesti nõela kõrvalekaldumise suund peaks aga sõltuma indutseeritud pinge (positiivse suuna tööpinge või vastupidise suuna tööpinge) positiivsest ja negatiivsest poolusest ning torujuhtme töötavast keskpunktist.
WINSOK DFN3x3 MOSFET
Võttes näiteks N-kanali, valmistatakse see P-tüüpi ränisubstraadile, millel on kaks tugevalt legeeritud allika difusioonipiirkonda N+ ja äravoolu difusioonipiirkonda N+ ning seejärel juhitakse välja vastavalt lähteelektrood S ja äravooluelektrood D. Allikas ja substraat on sisemiselt ühendatud ja säilitavad alati sama potentsiaali. Kui äravool on ühendatud toiteallika positiivse klemmiga ja allikas on ühendatud toiteallika negatiivse klemmiga ja VGS=0, siis kanalivool (st äravooluvool) ID=0. Kui VGS järk-järgult suureneb, mida meelitab positiivne paisupinge, indutseeritakse kahe difusioonipiirkonna vahele negatiivselt laetud vähemuskandjad, moodustades N-tüüpi kanali äravoolust allikani. Kui VGS on suurem kui toru sisselülituspinge VTN (tavaliselt umbes +2 V), hakkab N-kanaliga toru juhtima, moodustades äravooluvoolu ID.
VMOSFET (VMOSFET), selle täisnimi on V-soonega MOSFET. See on äsja välja töötatud suure tõhususega toitelülitusseade pärast MOSFETi. See ei päri mitte ainult MOSFETi suurt sisendtakistust (≥108 W), vaid ka väikest juhtimisvoolu (umbes 0,1 μA). Sellel on ka suurepärased omadused, nagu kõrge vastupidavuspinge (kuni 1200 V), suur töövool (1,5 A ~ 100 A), suur väljundvõimsus (1 ~ 250 W), hea transjuhtivuse lineaarsus ja kiire lülituskiirus. Just seetõttu, et see ühendab vaakumtorude ja jõutransistoride eelised, kasutatakse seda laialdaselt pingevõimendites (pingevõimendus võib ulatuda tuhandetesse kordadesse), võimsusvõimendites, lülitustoiteallikates ja inverterites.
Nagu me kõik teame, on traditsioonilise MOSFET-i värav, allikas ja äravool kiibil ligikaudu samal horisontaaltasapinnal ning selle töövool liigub põhimõtteliselt horisontaalsuunas. VMOS-toru on erinev. Sellel on kaks peamist konstruktsioonitunnust: esiteks on metallväraval V-kujuline soone struktuur; teiseks on sellel vertikaalne juhtivus. Kuna äravool tõmmatakse kiibi tagant, siis ID ei voola horisontaalselt piki kiipi, vaid algab tugevalt legeeritud N+ piirkonnast (allikas S) ja voolab läbi P kanali kergelt legeeritud N-triivi piirkonda. Lõpuks ulatub see vertikaalselt allapoole, et äravoolu D. Kuna voolu ristlõikepindala suureneb, võivad läbida suured voolud. Kuna värava ja kiibi vahel on isolatsioonikiht ränidioksiid, siis ikkagi on tegemist isoleeritud värava MOSFETiga.
Kasutamise eelised:
MOSFET on pingega juhitav element, transistor aga vooluga juhitav element.
MOSFETe tuleks kasutada siis, kui signaaliallikast on lubatud võtta vaid väike kogus voolu; transistore tuleks kasutada siis, kui signaalipinge on madal ja signaaliallikast on lubatud võtta rohkem voolu. MOSFET kasutab elektri juhtimiseks enamuskandjaid, seega nimetatakse seda unipolaarseks seadmeks, samas kui transistorid kasutavad elektri juhtimiseks nii enamuskandjaid kui ka vähemuskandjaid, seega nimetatakse seda bipolaarseks seadmeks.
Mõne MOSFET-i allikat ja äravoolu saab kasutada vaheldumisi ning paisu pinge võib olla positiivne või negatiivne, muutes need paindlikumaks kui trioodid.
MOSFET võib töötada väga väikese voolu ja väga madala pinge tingimustes ning selle tootmisprotsessiga saab hõlpsasti integreerida ränikiibile palju MOSFET-e. Seetõttu on MOSFET-i laialdaselt kasutatud suuremahulistes integraallülitustes.
Olueky SOT-23N MOSFET
MOSFETi ja transistori vastavad rakendusomadused
1. MOSFETi allikas s, pais g ja äravool d vastavad vastavalt transistori emitterile e, alusele b ja kollektorile c. Nende funktsioonid on sarnased.
2. MOSFET on pingega juhitav vooluseade, iD-d juhib vGS ja selle võimendustegur gm on üldiselt väike, seega on MOSFETi võimendusvõime halb; transistor on vooluga juhitav vooluseade ja iC juhib iB (või iE).
3. MOSFET-värav ei võta peaaegu üldse voolu (ig»0); samas kui transistori alus tõmbab transistori töötamise ajal alati teatud voolu. Seetõttu on MOSFET-i paisu sisendtakistus suurem kui transistori sisendtakistus.
4. MOSFET koosneb mitmest juhtivusest kaasatud kandjatest; transistoridel on juhtivusse kaasatud kaks kandjat, multikandjad ja vähemuskandjad. Vähemuskandjate kontsentratsiooni mõjutavad suuresti sellised tegurid nagu temperatuur ja kiirgus. Seetõttu on MOSFET-idel parem temperatuuristabiilsus ja tugevam kiirgustakistus kui transistoridel. MOSFETe tuleks kasutada seal, kus keskkonnatingimused (temperatuur jne) on väga erinevad.
5. Kui MOSFETi lähtemetall ja põhimik on omavahel ühendatud, saab allikat ja äravoolu kasutada vaheldumisi ning omadused muutuvad vähe; samas kui trioodi kollektorit ja emitterit kasutatakse vaheldumisi, on omadused väga erinevad. β väärtust vähendatakse palju.
6. MOSFETi mürakoefitsient on väga väike. MOSFET-i tuleks võimalikult palju kasutada madala müratasemega võimendi ahelate ja kõrget signaali-müra suhet nõudvate ahelate sisendastmes.
7. Nii MOSFET kui ka transistor võivad moodustada erinevaid võimendiahelaid ja lülitusahelaid, kuid esimesel on lihtne tootmisprotsess ja selle eelised on madal energiatarve, hea termiline stabiilsus ja lai toiteallika pingevahemik. Seetõttu kasutatakse seda laialdaselt suuremahulistes ja väga suuremahulistes integraallülitustes.
8. Transistoril on suur sisselülitustakistus, MOSFET-il aga väike, vaid paarsada mΩ. Praegustes elektriseadmetes kasutatakse MOSFET-e üldiselt lülititena ja nende efektiivsus on suhteliselt kõrge.
WINSOK SOT-323 kapseldatud MOSFET
MOSFET vs bipolaarne transistor
MOSFET on pingega juhitav seade ja värav ei võta põhimõtteliselt voolu, samas kui transistor on vooluga juhitav seade ja alus peab võtma teatud voolu. Seega, kui signaaliallika nimivool on äärmiselt väike, tuleks kasutada MOSFET-i.
MOSFET on mitme kandjaga juht, samas kui transistori mõlemad kandjad osalevad juhtivuses. Kuna vähemuskandjate kontsentratsioon on väga tundlik välistingimuste, nagu temperatuur ja kiirgus, suhtes, sobib MOSFET paremini olukordades, kus keskkond muutub suuresti.
Lisaks sellele, et MOSFET-e kasutatakse võimendiseadmete ja juhitavate lülititena (nt transistorid), saab neid kasutada ka pingega juhitavate muutuvate lineaartakistitena.
MOSFETi allikas ja äravool on struktuurilt sümmeetrilised ja neid saab kasutada vaheldumisi. Tühjendusrežiimi MOSFET paisuallika pinge võib olla positiivne või negatiivne. Seetõttu on MOSFET-ide kasutamine paindlikum kui transistorid.
Postitusaeg: 13.10.2023
