Základné pochopenie MOSFET

MOSFET, skratka pre Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, je trojpólové polovodičové zariadenie, ktoré využíva efekt elektrického poľa na riadenie toku prúdu. Nižšie je uvedený základný prehľad MOSFET:

1. Definícia a klasifikácia

- Definícia: MOSFET je polovodičové zariadenie, ktoré riadi vodivý kanál medzi kolektorom a zdrojom zmenou napätia hradla. Brána je izolovaná od zdroja a odvodu vrstvou izolačného materiálu (typicky oxid kremičitý), preto je známa aj ako izolovaný tranzistor s efektom poľa.

- Klasifikácia: MOSFETy sú klasifikované na základe typu vodivého kanála a účinku hradlového napätia:

- N-kanálový a P-kanálový MOSFET: V závislosti od typu vodivého kanála.

- MOSFET v režime vylepšenia a v režime vyčerpania: Na základe vplyvu hradlového napätia na vodivý kanál. Preto sú MOSFETy rozdelené do štyroch typov: režim vylepšenia N kanála, režim vyčerpania N kanála, režim vylepšenia P kanála a režim vyčerpania P kanála.

2. Štruktúra a pracovný princíp

- Štruktúra: MOSFET sa skladá z troch základných komponentov: brána (G), odtok (D) a zdroj (S). Na ľahko dotovanom polovodičovom substráte sa pomocou techník spracovania polovodičov vytvárajú vysoko dotované oblasti zdroja a odtoku. Tieto oblasti sú oddelené izolačnou vrstvou, ktorá je zakončená hradlovou elektródou.

- Pracovný princíp: Ak vezmeme ako príklad N-kanálový vylepšený MOSFET, keď je hradlové napätie nulové, medzi kolektorom a zdrojom nie je žiadny vodivý kanál, takže nemôže pretekať žiadny prúd. Keď sa napätie hradla zvýši na určitú prahovú hodnotu (označovanú ako „zapínacie napätie“ alebo „prahové napätie“), izolačná vrstva pod bránou priťahuje elektróny zo substrátu a vytvára inverznú vrstvu (tenká vrstva typu N) , čím sa vytvorí vodivý kanál. To umožňuje prúdenie prúdu medzi odtokom a zdrojom. Šírka tohto vodivého kanála, a teda aj odtokový prúd, je určená veľkosťou hradlového napätia.

3. Kľúčové vlastnosti

- Vysoká vstupná impedancia: Keďže brána je izolovaná od zdroja a odvodu izolačnou vrstvou, vstupná impedancia MOSFET je extrémne vysoká, takže je vhodná pre obvody s vysokou impedanciou.

- Nízka hlučnosť: MOSFETy generujú počas prevádzky relatívne nízky hluk, vďaka čomu sú ideálne pre obvody s prísnymi požiadavkami na hlučnosť.

- Dobrá tepelná stabilita: MOSFETy majú vynikajúcu tepelnú stabilitu a môžu efektívne fungovať v širokom rozsahu teplôt.

- Nízka spotreba energie: MOSFETy spotrebujú veľmi málo energie v zapnutom aj vypnutom stave, vďaka čomu sú vhodné pre obvody s nízkou spotrebou.

- Vysoká rýchlosť spínania: MOSFETy sú zariadeniami riadenými napätím a ponúkajú vysoké rýchlosti spínania, vďaka čomu sú ideálne pre vysokofrekvenčné obvody.

4. Oblasti použitia

MOSFETy sa široko používajú v rôznych elektronických obvodoch, najmä v integrovaných obvodoch, výkonovej elektronike, komunikačných zariadeniach a počítačoch. Slúžia ako základné komponenty v zosilňovacích obvodoch, spínacích obvodoch, obvodoch regulácie napätia a ďalších, umožňujúce funkcie ako zosilnenie signálu, riadenie spínania a stabilizácia napätia.

Stručne povedané, MOSFET je základné polovodičové zariadenie s jedinečnou štruktúrou a vynikajúcimi výkonnostnými charakteristikami. Hrá kľúčovú úlohu v elektronických obvodoch v mnohých oblastiach.