Explicació detallada del diagrama de principi de funcionament de MOSFET | Anàlisi de l'estructura interna de FET

MOSFET és un dels components més bàsics de la indústria dels semiconductors. En circuits electrònics, MOSFET s'utilitza generalment en circuits amplificadors de potència o circuits d'alimentació de commutació i s'utilitza àmpliament. a sota,OLUKEYus donarà una explicació detallada del principi de funcionament del MOSFET i analitzarà l'estructura interna del MOSFET.

Què ésMOSFET

MOSFET, transistor d'efecte d'arxiu d'òxid metàl·lic (MOSFET). És un transistor d'efecte de camp que es pot utilitzar àmpliament en circuits analògics i digitals. Segons la diferència de polaritat del seu "canal" (portador de treball), es pot dividir en dos tipus: "tipus N" i "tipus P", que sovint s'anomenen NMOS i PMOS.

Principi de funcionament del MOSFET

El MOSFET es pot dividir en tipus de millora i tipus d'esgotament segons el mode de treball. El tipus de millora es refereix al MOSFET quan no s'aplica cap tensió de polarització i no hi ha cap contracanal ductiu. El tipus d'esgotament es refereix al MOSFET quan no s'aplica cap tensió de polarització. Apareixerà un canal conductor.

En aplicacions reals, només hi ha MOSFET de tipus de millora de canal N i tipus de millora de canal P. Com que els NMOSFET tenen una petita resistència a l'estat i són fàcils de fabricar, NMOS és més comú que PMOS en aplicacions reals.

Mode de millora MOSFET

Hi ha dues unions PN adossades entre el drenatge D i la font S del MOSFET en mode de millora. Quan la tensió de la font de la porta VGS = 0, fins i tot si s'afegeix la tensió de la font de drenatge VDS, sempre hi ha una unió PN en un estat de polarització inversa i no hi ha cap canal conductor entre el drenatge i la font (no flueix corrent). ). Per tant, el corrent de drenatge ID=0 en aquest moment.

En aquest moment, si s'afegeix una tensió directa entre la porta i la font. És a dir, VGS>0, llavors es generarà un camp elèctric amb la porta alineada amb el substrat de silici de tipus P a la capa aïllant de SiO2 entre l'elèctrode de la porta i el substrat de silici. Com que la capa d'òxid és aïllant, la tensió VGS aplicada a la porta no pot produir corrent. Es genera un condensador a banda i banda de la capa d'òxid i el circuit equivalent VGS carrega aquest condensador (condensador). I generar un camp elèctric, a mesura que el VGS augmenta lentament, atret per la tensió positiva de la porta. Un gran nombre d'electrons s'acumulen a l'altre costat d'aquest condensador (condensador) i creen un canal conductor de tipus N des del drenatge fins a la font. Quan VGS supera la tensió d'encesa VT del tub (generalment uns 2 V), el tub del canal N només comença a conduir, generant un ID de corrent de drenatge. Anomenem tensió porta-font quan el canal comença a generar la tensió d'encesa. Generalment expressat com a VT.

El control de la mida de la tensió de la porta VGS canvia la força o la debilitat del camp elèctric i es pot aconseguir l'efecte de controlar la mida de l'ID de corrent de drenatge. Aquesta també és una característica important dels MOSFET que utilitzen camps elèctrics per controlar el corrent, de manera que també s'anomenen transistors d'efecte de camp.

Estructura interna del MOSFET

En un substrat de silici de tipus P amb una concentració d'impureses baixa, es fabriquen dues regions N + amb una concentració d'impureses elevada i s'extreuen dos elèctrodes d'alumini metàl·lic per servir com a drenatge d i font s respectivament. A continuació, la superfície del semiconductor es cobreix amb una capa aïllant de diòxid de silici (SiO2) extremadament prima i s'instal·la un elèctrode d'alumini a la capa aïllant entre el desguàs i la font per servir de porta g. També s'extreu un elèctrode B al substrat, formant un MOSFET en mode de millora de canal N. El mateix passa amb la formació interna de MOSFET de millora del canal P.

Símbols de circuit MOSFET de canal N i MOSFET de canal P

La imatge de dalt mostra el símbol del circuit de MOSFET. A la imatge, D és el desguàs, S és la font, G és la porta i la fletxa del mig representa el substrat. Si la fletxa apunta cap a dins, indica un MOSFET de canal N, i si la fletxa apunta cap a l'exterior, indica un MOSFET de canal P.

Símbols de circuit MOSFET de doble canal N, MOSFET de doble canal P i MOSFET de canal N + P

De fet, durant el procés de fabricació de MOSFET, el substrat es connecta a la font abans de sortir de la fàbrica. Per tant, a les regles de simbologia, el símbol de fletxa que representa el substrat també s'ha de connectar a la font per distingir el desguàs i la font. La polaritat de la tensió utilitzada pel MOSFET és similar al nostre transistor tradicional. El canal N és similar a un transistor NPN. El drenatge D està connectat a l'elèctrode positiu i la font S està connectada a l'elèctrode negatiu. Quan la porta G té una tensió positiva, es forma un canal conductor i el MOSFET de canal N comença a funcionar. De la mateixa manera, el canal P és similar a un transistor PNP. El drenatge D està connectat a l'elèctrode negatiu, la font S està connectada a l'elèctrode positiu i, quan la porta G té una tensió negativa, es forma un canal conductor i el MOSFET de canal P comença a funcionar.

Principi de pèrdua de commutació MOSFET

Tant si es tracta de NMOS com de PMOS, es genera una resistència interna de conducció després d'encendre-la, de manera que el corrent consumirà energia en aquesta resistència interna. Aquesta part de l'energia consumida s'anomena consum de conducció. La selecció d'un MOSFET amb una petita resistència interna de conducció reduirà efectivament el consum de conducció. La resistència interna actual dels MOSFET de baixa potència és generalment al voltant de desenes de miliohms, i també hi ha diversos miliohms.

Quan MOS està activat i finalitzat, no s'ha de realitzar en un instant. La tensió d'ambdós costats del MOS tindrà una disminució efectiva i el corrent que la travessa augmentarà. Durant aquest període, la pèrdua del MOSFET és el producte de la tensió i el corrent, que és la pèrdua de commutació. En termes generals, les pèrdues de commutació són molt més grans que les pèrdues de conducció, i com més ràpida és la freqüència de commutació, més grans són les pèrdues.

El producte de tensió i corrent en el moment de la conducció és molt gran, donant lloc a pèrdues molt grans. Les pèrdues de commutació es poden reduir de dues maneres. Un és reduir el temps de commutació, que pot reduir eficaçment la pèrdua durant cada encès; l'altra és reduir la freqüència de commutació, que pot reduir el nombre d'interruptors per unitat de temps.

L'anterior és una explicació detallada del diagrama de principi de funcionament del MOSFET i l'anàlisi de l'estructura interna del MOSFET. Per obtenir més informació sobre MOSFET, us convidem a consultar OLUKEY per oferir-vos suport tècnic MOSFET!