Gedetailleerde uitleg van het werkingsprincipediagram van MOSFET | Analyse van de interne structuur van FET

MOSFET is een van de meest fundamentele componenten in de halfgeleiderindustrie. In elektronische circuits wordt MOSFET over het algemeen gebruikt in eindversterkercircuits of schakelende voedingscircuits en wordt het veel gebruikt. Onderstaand,OLUKEYgeeft u een gedetailleerde uitleg van het werkingsprincipe van MOSFET en analyseert de interne structuur van MOSFET.

Wat isMOSFET

MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor (MOSFET). Het is een veldeffecttransistor die op grote schaal kan worden gebruikt in analoge circuits en digitale circuits. Afhankelijk van het polariteitsverschil van zijn "kanaal" (werkdraaggolf), kan het in twee typen worden verdeeld: "N-type" en "P-type", die vaak NMOS en PMOS worden genoemd.

MOSFET-werkprincipe

MOSFET kan worden onderverdeeld in versterkingstype en uitputtingstype, afhankelijk van de werkmodus. Het versterkingstype verwijst naar de MOSFET wanneer er geen biasspanning wordt toegepast en er geen conductief kanaal. Het uitputtingstype verwijst naar de MOSFET wanneer er geen voorspanning wordt toegepast. Er verschijnt een geleidend kanaal.

In daadwerkelijke toepassingen zijn er alleen MOSFET's van het N-kanaalverbeteringstype en P-kanaalverbeteringstype. Omdat NMOSFET's een kleine weerstand in de staat hebben en gemakkelijk te vervaardigen zijn, komt NMOS in daadwerkelijke toepassingen vaker voor dan PMOS.

Verbeteringsmodus MOSFET

Er zijn twee back-to-back PN-overgangen tussen de drain D en de source S van de MOSFET met verbeterde modus. Wanneer de gate-source-spanning VGS = 0, zelfs als de drain-source-spanning VDS wordt toegevoegd, is er altijd een PN-overgang in een spervoorspanningstoestand, en is er geen geleidend kanaal tussen de drain en de source (er vloeit geen stroom). ). Daarom is de afvoerstroom ID=0 op dit moment.

Op dit moment wordt er een voorwaartse spanning toegevoegd tussen de poort en de bron. Dat wil zeggen, VGS>0, waarna een elektrisch veld met de poort uitgelijnd met het P-type siliciumsubstraat zal worden gegenereerd in de Si02-isolatielaag tussen de poortelektrode en het siliciumsubstraat. Omdat de oxidelaag isolerend is, kan de spanning VGS die op de poort wordt aangelegd geen stroom produceren. Aan beide zijden van de oxidelaag wordt een condensator gegenereerd en het VGS-equivalentcircuit laadt deze condensator (condensator) op. En genereer een elektrisch veld, terwijl VGS langzaam stijgt, aangetrokken door de positieve spanning van de poort. Een groot aantal elektronen verzamelt zich aan de andere kant van deze condensator (condensator) en creëert een geleidend kanaal van het N-type van drain naar source. Wanneer VGS de inschakelspanning VT van de buis overschrijdt (doorgaans ongeveer 2V), begint de N-kanaalbuis net te geleiden, waardoor een afvoerstroom ID wordt gegenereerd. We noemen de poortbronspanning wanneer het kanaal voor het eerst de inschakelspanning begint te genereren. Over het algemeen uitgedrukt als VT.

Het regelen van de grootte van de poortspanning VGS verandert de sterkte of zwakte van het elektrische veld, en het effect van het regelen van de grootte van de afvoerstroom ID kan worden bereikt. Dit is ook een belangrijk kenmerk van MOSFET's die elektrische velden gebruiken om de stroom te regelen, daarom worden ze ook wel veldeffecttransistors genoemd.

MOSFET interne structuur

Op een P-type siliciumsubstraat met een lage onzuiverheidsconcentratie worden twee N+-gebieden met een hoge onzuiverheidsconcentratie gemaakt en worden twee elektroden uit metaalaluminium getrokken om respectievelijk als drain d en bron s te dienen. Vervolgens wordt het halfgeleideroppervlak bedekt met een extreem dunne isolatielaag van siliciumdioxide (SiO2), en wordt een aluminium elektrode op de isolatielaag tussen de drain en de source geïnstalleerd om als poort g te dienen. Een elektrode B wordt ook op het substraat uitgetrokken, waardoor een MOSFET met N-kanaalverbeteringsmodus wordt gevormd. Hetzelfde geldt voor de interne vorming van MOSFET's van het P-kanaalverbeteringstype.

N-kanaal MOSFET en P-kanaal MOSFET-circuitsymbolen

De afbeelding hierboven toont het circuitsymbool van MOSFET. Op de afbeelding is D de afvoer, S de bron, G de poort en de pijl in het midden vertegenwoordigt het substraat. Als de pijl naar binnen wijst, geeft dit een N-kanaal MOSFET aan, en als de pijl naar buiten wijst, geeft dit een P-kanaal MOSFET aan.

Dubbele N-kanaal MOSFET, dubbele P-kanaal MOSFET en N+P-kanaal MOSFET circuitsymbolen

Tijdens het MOSFET-productieproces wordt het substraat in feite met de bron verbonden voordat het de fabriek verlaat. Daarom moet in de symbologieregels het pijlsymbool dat het substraat voorstelt, ook verbonden zijn met de bron om de drain en de bron te onderscheiden. De polariteit van de spanning die door MOSFET wordt gebruikt, is vergelijkbaar met die van onze traditionele transistor. Het N-kanaal is vergelijkbaar met een NPN-transistor. De drain D is verbonden met de positieve elektrode en de source S is verbonden met de negatieve elektrode. Wanneer de poort G een positieve spanning heeft, wordt een geleidend kanaal gevormd en begint de N-kanaal MOSFET te werken. Op dezelfde manier is het P-kanaal vergelijkbaar met een PNP-transistor. De drain D is verbonden met de negatieve elektrode, de source S is verbonden met de positieve elektrode, en wanneer de gate G een negatieve spanning heeft, wordt een geleidend kanaal gevormd en begint de P-kanaal MOSFET te werken.

MOSFET-schakelverliesprincipe

Of het nu NMOS of PMOS is, er wordt een interne geleidingsweerstand gegenereerd nadat deze is ingeschakeld, zodat de stroom energie zal verbruiken op deze interne weerstand. Dit deel van de verbruikte energie wordt geleidingsverbruik genoemd. Het selecteren van een MOSFET met een kleine interne geleidingsweerstand zal het geleidingsverbruik effectief verminderen. De huidige interne weerstand van MOSFET's met laag vermogen ligt doorgaans rond de tientallen milliohm, maar er zijn ook enkele milliohm.

Wanneer MOS wordt ingeschakeld en beëindigd, mag dit niet in een oogwenk worden gerealiseerd. De spanning aan beide zijden van de MOS zal effectief afnemen, en de stroom die er doorheen vloeit zal toenemen. Gedurende deze periode is het verlies van de MOSFET het product van de spanning en de stroom, wat het schakelverlies is. Over het algemeen zijn schakelverliezen veel groter dan geleidingsverliezen, en hoe sneller de schakelfrequentie, hoe groter de verliezen.

Het product van spanning en stroom op het moment van geleiding is erg groot, wat resulteert in zeer grote verliezen. Schakelverliezen kunnen op twee manieren worden verminderd. Eén daarvan is het verkorten van de schakeltijd, waardoor het verlies tijdens elke inschakeling effectief kan worden verminderd; de andere is het verminderen van de schakelfrequentie, waardoor het aantal schakelaars per tijdseenheid kan worden verminderd.

Het bovenstaande is een gedetailleerde uitleg van het werkingsprincipediagram van MOSFET en analyse van de interne structuur van MOSFET. Voor meer informatie over MOSFET kunt u OLUKEY raadplegen om u technische MOSFET-ondersteuning te bieden!