Com funcionen els MOSFET

El principi de funcionament del MOSFET es basa principalment en les seves propietats estructurals úniques i els efectes del camp elèctric. A continuació es mostra una explicació detallada de com funcionen els MOSFET:

 

I. Estructura bàsica del MOSFET

Un MOSFET consisteix principalment en una porta (G), una font (S), un drenatge (D) i un substrat (B, de vegades connectat a la font per formar un dispositiu de tres terminals). En els MOSFET de millora del canal N, el substrat sol ser un material de silici de tipus P de baix dopat en el qual es fabriquen dues regions de tipus N altament dopades per servir com a font i drenatge, respectivament. La superfície del substrat de tipus P està coberta amb una pel·lícula d'òxid molt prima (diòxid de silici) com a capa aïllant i es dibuixa un elèctrode com a porta. Aquesta estructura fa que la porta estigui aïllada del substrat semiconductor de tipus P, el drenatge i la font, i per tant també s'anomena tub d'efecte de camp de porta aïllada.

II. Principi de funcionament

Els MOSFET funcionen utilitzant la tensió de la font de la porta (VGS) per controlar el corrent de drenatge (ID). Concretament, quan la tensió de la font de la porta positiva aplicada, VGS, és superior a zero, apareixerà un camp elèctric positiu superior i un camp elèctric negatiu inferior a la capa d'òxid per sota de la porta. Aquest camp elèctric atreu electrons lliures a la regió P, fent que s'acumulin per sota de la capa d'òxid, mentre repel·leix els forats a la regió P. A mesura que augmenta la VGS, augmenta la força del camp elèctric i augmenta la concentració d'electrons lliures atrets. Quan VGS arriba a una determinada tensió llindar (VT), la concentració d'electrons lliures reunits a la regió és prou gran per formar una nova regió de tipus N (canal N), que actua com un pont que connecta el drenatge i la font. En aquest punt, si existeix una determinada tensió de conducció (VDS) entre el drenatge i la font, l'ID de corrent de drenatge comença a fluir.

III. Formació i canvi de canal conductor

La formació del canal conductor és la clau per al funcionament del MOSFET. Quan VGS és més gran que VT, s'estableix el canal conductor i l'ID de corrent de drenatge es veu afectat tant per VGS com per VDS. VGS afecta l'ID controlant l'amplada i la forma del canal conductor, mentre que VDS afecta l'ID directament com a tensió de conducció. És important tenir en compte que si no s'estableix el canal conductor (és a dir, VGS és inferior a VT), fins i tot si hi ha VDS, l'ID de corrent de drenatge no apareix.

IV. Característiques dels MOSFET

Alta impedància d'entrada:La impedància d'entrada del MOSFET és molt alta, propera a l'infinit, perquè hi ha una capa aïllant entre la porta i la regió font-drenatge i només un corrent de porta feble.

Impedància de sortida baixa:Els MOSFET són dispositius controlats per tensió en els quals el corrent de drenatge de la font pot canviar amb la tensió d'entrada, de manera que la seva impedància de sortida és petita.

Flux constant:Quan es treballa a la regió de saturació, el corrent del MOSFET pràcticament no es veu afectat pels canvis en la tensió de drenatge de la font, proporcionant un corrent constant excel·lent.

 

Bona estabilitat a la temperatura:Els MOSFET tenen un ampli rang de temperatures de funcionament de -55 °C a uns +150 °C.

V. Aplicacions i classificacions

Els MOSFET s'utilitzen àmpliament en circuits digitals, circuits analògics, circuits de potència i altres camps. Segons el tipus d'operació, els MOSFET es poden classificar en tipus de millora i esgotament; segons el tipus de canal conductor, es poden classificar en canal N i canal P. Aquests diferents tipus de MOSFET tenen els seus propis avantatges en diferents escenaris d'aplicació.

En resum, el principi de funcionament del MOSFET és controlar la formació i el canvi del canal conductor a través de la tensió de la font de la porta, que al seu torn controla el flux del corrent de drenatge. La seva alta impedància d'entrada, baixa impedància de sortida, corrent constant i estabilitat de temperatura fan que els MOSFET siguin un component important en els circuits electrònics.