Hoe MOSFET's werken

Het werkingsprincipe van MOSFET is voornamelijk gebaseerd op zijn unieke structurele eigenschappen en elektrische veldeffecten. Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg van hoe MOSFET's werken:

I. Basisstructuur van MOSFET

Een MOSFET bestaat voornamelijk uit een gate (G), een source (S), een drain (D) en een substraat (B, soms verbonden met de source om een ​​apparaat met drie aansluitingen te vormen). Bij N-kanaalverbeterings-MOSFET's is het substraat gewoonlijk een laaggedoteerd P-type siliciummateriaal waarop twee hooggedoteerde N-type gebieden zijn vervaardigd om respectievelijk als bron en afvoer te dienen. Het oppervlak van het P-type substraat is bedekt met een zeer dunne oxidefilm (siliciumdioxide) als isolatielaag, en een elektrode is als poort getekend. Deze structuur zorgt ervoor dat de gate geïsoleerd is van het P-type halfgeleidersubstraat, de drain en de source, en wordt daarom ook wel een veldeffectbuis met geïsoleerde gate genoemd.

II. Werkingsprincipe

MOSFET's werken door gebruik te maken van de gate source-spanning (VGS) om de drainstroom (ID) te regelen. In het bijzonder zal, wanneer de aangelegde positieve poortbronspanning, VGS, groter is dan nul, een bovenste positieve en onderste negatieve elektrische veld verschijnen op de oxidelaag onder de poort. Dit elektrische veld trekt vrije elektronen in het P-gebied aan, waardoor deze zich onder de oxidelaag ophopen, terwijl gaten in het P-gebied worden afgestoten. Naarmate VGS toeneemt, neemt de sterkte van het elektrische veld toe en neemt de concentratie van aangetrokken vrije elektronen toe. Wanneer VGS een bepaalde drempelspanning (VT) bereikt, is de concentratie van vrije elektronen verzameld in het gebied groot genoeg om een ​​nieuw N-type gebied (N-kanaal) te vormen, dat fungeert als een brug die de afvoer en de bron verbindt. Als er op dit punt een bepaalde stuurspanning (VDS) bestaat tussen de drain en de source, begint de drainstroom-ID te stromen.

III. Vorming en verandering van geleidingskanaal

De vorming van het geleidende kanaal is de sleutel tot de werking van de MOSFET. Wanneer VGS groter is dan VT, wordt het geleidende kanaal tot stand gebracht en wordt de afvoerstroom-ID beïnvloed door zowel VGS als VDS. VGS beïnvloedt de ID door de breedte en vorm van het geleidende kanaal te regelen, terwijl VDS de ID rechtstreeks beïnvloedt als de stuurspanning. Het is belangrijk op te merken dat als het geleidende kanaal niet tot stand is gebracht (dwz VGS is kleiner dan VT), zelfs als VDS aanwezig is, de afvoerstroom-ID niet verschijnt.

IV. Kenmerken van MOSFET's

Hoge ingangsimpedantie:De ingangsimpedantie van de MOSFET is zeer hoog, bijna oneindig, omdat er een isolatielaag tussen de gate en het source-drain-gebied zit en er slechts een zwakke gate-stroom is.

Lage uitgangsimpedantie:MOSFET's zijn spanningsgestuurde apparaten waarin de source-drain-stroom kan veranderen met de ingangsspanning, waardoor hun uitgangsimpedantie klein is.

Constante stroom:Bij werking in het verzadigingsgebied wordt de stroom van de MOSFET vrijwel niet beïnvloed door veranderingen in de source-drain-spanning, waardoor een uitstekende constante stroom wordt verkregen.

Goede temperatuurstabiliteit:De MOSFET's hebben een breed bedrijfstemperatuurbereik van -55°C tot ongeveer +150°C.

V. Toepassingen en classificaties

MOSFET's worden veel gebruikt in digitale circuits, analoge circuits, stroomcircuits en andere velden. Afhankelijk van het type operatie kunnen MOSFET's worden ingedeeld in typen versterking en uitputting; afhankelijk van het type geleidend kanaal kunnen ze worden geclassificeerd in N-kanaal en P-kanaal. Deze verschillende soorten MOSFET's hebben hun eigen voordelen in verschillende toepassingsscenario's.

Samenvattend is het werkingsprincipe van MOSFET het regelen van de vorming en verandering van het geleidende kanaal via de poortbronspanning, die op zijn beurt de stroom van de afvoerstroom regelt. De hoge ingangsimpedantie, lage uitgangsimpedantie, constante stroom en temperatuurstabiliteit maken MOSFET's tot een belangrijk onderdeel in elektronische circuits.