De metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistor ( MOSFET , MOS-FET of MOS FET ) is een type veldeffecttransistor (FET), meestal vervaardigd door de gecontroleerde oxidatie van silicium. Het heeft een geïsoleerde poort, waarvan de spanning de geleidbaarheid van het apparaat bepaalt.
Het belangrijkste kenmerk is dat er een isolerende laag van siliciumdioxide tussen de metalen poort en het kanaal zit, waardoor het een hoge ingangsweerstand heeft (tot 1015Ω). Het is ook verdeeld in N-kanaalbuis en P-kanaalbuis. Meestal zijn het substraat (substraat) en de bron S met elkaar verbonden.
Volgens verschillende geleidingsmodi zijn MOSFET's onderverdeeld in versterkingstype en uitputtingstype.
Het zogenaamde versterkingstype betekent: wanneer VGS=0, bevindt de buis zich in een afgesneden toestand. Na het toevoegen van de juiste VGS worden de meeste dragers aangetrokken door de poort, waardoor de dragers in dit gebied worden "versterkt" en een geleidend kanaal wordt gevormd. .
De uitputtingsmodus betekent dat wanneer VGS=0, er een kanaal wordt gevormd. Wanneer de juiste VGS wordt toegevoegd, kunnen de meeste dragers uit het kanaal stromen, waardoor de dragers worden "uitgeput" en de buis wordt uitgeschakeld.
Onderscheid de reden: de ingangsweerstand van JFET is meer dan 100MΩ en de transconductantie is zeer hoog. Wanneer de poort wordt geleid, is het magnetische veld in de binnenruimte zeer eenvoudig om het werkspanningsgegevenssignaal op de poort te detecteren, zodat de pijpleiding de neiging heeft om klaar zijn of de neiging hebben om aan-uit te zijn. Als de lichaamsinductiespanning onmiddellijk aan de poort wordt toegevoegd, omdat de belangrijkste elektromagnetische interferentie sterk is, zal de bovenstaande situatie belangrijker zijn. Als de meternaald scherp naar links afbuigt, betekent dit dat de pijpleiding de neiging heeft om omhoog te gaan, de drain-source-weerstand RDS uitzet en de hoeveelheid drain-source-stroom de IDS verlaagt. Omgekeerd buigt de meternaald scherp naar rechts, wat aangeeft dat de pijpleiding de neiging heeft aan-uit te zijn, RDS naar beneden gaat en IDS omhoog gaat. De exacte richting waarin de meternaald wordt afgebogen, moet echter afhangen van de positieve en negatieve polen van de geïnduceerde spanning (werkspanning in positieve richting of werkspanning in omgekeerde richting) en het werkmiddelpunt van de pijpleiding.
WINSOK DFN3x3 MOSFET
Als we het N-kanaal als voorbeeld nemen, wordt dit gemaakt op een P-type siliciumsubstraat met twee hooggedoteerde source-diffusiegebieden N+ en drain-diffusiegebieden N+, en vervolgens worden respectievelijk de source-elektrode S en de drain-elektrode D naar buiten geleid. De bron en het substraat zijn intern met elkaar verbonden en behouden altijd hetzelfde potentieel. Wanneer de drain is aangesloten op de positieve pool van de voeding en de source is aangesloten op de negatieve pool van de voeding en VGS=0, is de kanaalstroom (dwz drainstroom) ID=0. Naarmate VGS geleidelijk toeneemt, aangetrokken door de positieve poortspanning, worden negatief geladen minderheidsdragers geïnduceerd tussen de twee diffusiegebieden, waardoor een N-type kanaal wordt gevormd van drain naar source. Wanneer VGS groter is dan de inschakelspanning VTN van de buis (doorgaans ongeveer +2V), begint de N-kanaalbuis te geleiden, waardoor een afvoerstroom ID wordt gevormd.
VMOSFET (VMOSFET), de volledige naam is V-groef MOSFET. Het is een nieuw ontwikkeld, hoogrenderend stroomschakelapparaat na MOSFET. Het erft niet alleen de hoge ingangsimpedantie van MOSFET (≥108W), maar ook de kleine aandrijfstroom (ongeveer 0,1μA). Het heeft ook uitstekende eigenschappen, zoals een hoge weerstandsspanning (tot 1200 V), grote bedrijfsstroom (1,5 A ~ 100 A), hoog uitgangsvermogen (1 ~ 250 W), goede transconductantie-lineariteit en hoge schakelsnelheid. Juist omdat het de voordelen van vacuümbuizen en eindtransistoren combineert, wordt het veel gebruikt in spanningsversterkers (spanningsversterking kan duizenden keren oplopen), eindversterkers, schakelende voedingen en omvormers.
Zoals we allemaal weten, bevinden de gate, source en drain van een traditionele MOSFET zich grofweg op hetzelfde horizontale vlak op de chip, en vloeit de bedrijfsstroom in principe in horizontale richting. De VMOS-buis is anders. Het heeft twee belangrijke structurele kenmerken: ten eerste heeft de metalen poort een V-vormige groefstructuur; ten tweede heeft het verticale geleidbaarheid. Omdat de drain aan de achterkant van de chip wordt getrokken, stroomt de ID niet horizontaal langs de chip, maar begint vanuit het zwaar gedoteerde N+ gebied (bron S) en stroomt via het P kanaal in het licht gedoteerde N-drift gebied. Ten slotte reikt het verticaal naar beneden om D af te voeren. Omdat het oppervlak van de stroomdoorsnede groter wordt, kunnen er grote stromen doorheen gaan. Omdat er tussen de poort en de chip een isolerende laag van siliciumdioxide zit, is het nog steeds een MOSFET met geïsoleerde poort.
Voordelen van gebruik:
MOSFET is een spanningsgestuurd element, terwijl de transistor een stroomgestuurd element is.
MOSFET's moeten worden gebruikt wanneer slechts een kleine hoeveelheid stroom uit de signaalbron mag worden getrokken; transistors moeten worden gebruikt als de signaalspanning laag is en er meer stroom uit de signaalbron mag worden getrokken. MOSFET gebruikt meerderheidsdragers om elektriciteit te geleiden, dus het wordt een unipolair apparaat genoemd, terwijl transistors zowel meerderheidsdragers als minderheidsdragers gebruiken om elektriciteit te geleiden, dus het wordt een bipolair apparaat genoemd.
De source en drain van sommige MOSFET's kunnen door elkaar worden gebruikt, en de poortspanning kan positief of negatief zijn, waardoor ze flexibeler zijn dan triodes.
MOSFET kan werken onder zeer kleine stroom- en zeer lage spanningsomstandigheden, en het productieproces ervan kan gemakkelijk veel MOSFET's op een siliciumchip integreren. Daarom wordt MOSFET op grote schaal gebruikt in grootschalige geïntegreerde schakelingen.
Olueky SOT-23N MOSFET
De respectieve toepassingskenmerken van MOSFET en transistor
1. De source s, gate g en drain d van de MOSFET komen respectievelijk overeen met de emitter e, basis b en collector c van de transistor. Hun functies zijn vergelijkbaar.
2. MOSFET is een spanningsgestuurd stroomapparaat, iD wordt bestuurd door vGS en de versterkingscoëfficiënt gm is over het algemeen klein, dus het versterkingsvermogen van MOSFET is slecht; de transistor is een stroomgestuurd stroomapparaat en iC wordt bestuurd door iB (of iE).
3. De MOSFET-poort trekt vrijwel geen stroom (ig»0); terwijl de basis van de transistor altijd een bepaalde stroom trekt als de transistor werkt. Daarom is de poortingangsweerstand van de MOSFET hoger dan de ingangsweerstand van de transistor.
4. MOSFET is samengesteld uit multicarriers die betrokken zijn bij geleiding; transistors hebben twee draaggolven, multidraaggolven en minderheidsdraaggolven, die betrokken zijn bij geleiding. De concentratie van minderheidsdragers wordt sterk beïnvloed door factoren zoals temperatuur en straling. Daarom hebben MOSFET's een betere temperatuurstabiliteit en een sterkere stralingsweerstand dan transistors. MOSFET's moeten worden gebruikt waar de omgevingsomstandigheden (temperatuur, enz.) sterk variëren.
5. Wanneer het bronmetaal en het substraat van MOSFET met elkaar zijn verbonden, kunnen de bron en de afvoer door elkaar worden gebruikt en veranderen de kenmerken weinig; terwijl wanneer de collector en de emitter van de triode door elkaar worden gebruikt, de kenmerken heel verschillend zijn. De β-waarde zal aanzienlijk worden verlaagd.
6. De ruiscoëfficiënt van MOSFET is erg klein. MOSFET moet zoveel mogelijk worden gebruikt in de ingangstrap van ruisarme versterkercircuits en circuits die een hoge signaal-ruisverhouding vereisen.
7. Zowel de MOSFET als de transistor kunnen verschillende versterkercircuits en schakelcircuits vormen, maar de eerste heeft een eenvoudig productieproces en heeft de voordelen van een laag stroomverbruik, goede thermische stabiliteit en een breed voedingsspanningsbereik. Daarom wordt het veel gebruikt in grootschalige en zeer grootschalige geïntegreerde schakelingen.
8. De transistor heeft een grote aan-weerstand, terwijl de MOSFET een kleine aan-weerstand heeft, slechts een paar honderd mΩ. In de huidige elektrische apparaten worden MOSFET's over het algemeen gebruikt als schakelaars, en hun efficiëntie is relatief hoog.
WINSOK SOT-323 inkapselings-MOSFET
MOSFET versus bipolaire transistor
MOSFET is een spanningsgestuurd apparaat en de poort neemt in principe geen stroom op, terwijl een transistor een stroomgestuurd apparaat is en de basis een bepaalde stroom moet opnemen. Daarom moet MOSFET worden gebruikt als de nominale stroom van de signaalbron extreem klein is.
MOSFET is een geleider met meerdere dragers, terwijl beide dragers van een transistor deelnemen aan de geleiding. Omdat de concentratie van minderheidsdragers zeer gevoelig is voor externe omstandigheden zoals temperatuur en straling, is MOSFET geschikter voor situaties waarin de omgeving sterk verandert.
MOSFET's worden niet alleen gebruikt als versterkers en bestuurbare schakelaars zoals transistors, maar kunnen ook worden gebruikt als spanningsgestuurde variabele lineaire weerstanden.
De source en drain van MOSFET zijn symmetrisch van structuur en kunnen door elkaar worden gebruikt. De poortbronspanning van de MOSFET in de uitputtingsmodus kan positief of negatief zijn. Daarom is het gebruik van MOSFET's flexibeler dan transistors.
Posttijd: 13 oktober 2023
