MOSFET to tranzystor polowy typu metal-tlenek-półprzewodnik. Lub metal-izolator-półprzewodnik. Tranzystor bipolarny wzmacnia niewielką zmianę prądu na wejściu i generuje dużą zmianę prądu na wyjściu. Wzmocnienie tranzystora bipolarnego jest definiowane jako stosunek prądu wyjściowego do prądu wejściowego (beta). Inny rodzaj tranzystora, zwany tranzystorem polowym (FET), przetwarza zmiany napięcia wejściowego na zmiany prądu wyjściowego. Wzmocnienie tranzystora FET jest równe jego transkonduktancji, definiowanej jako stosunek zmiany prądu wyjściowego do zmiany napięcia wejściowego. Nazwa FET pochodzi również od jego wejścia (zwanego bramką), które wpływa na prąd płynący przez tranzystor, rzutując pole elektryczne na warstwę izolacyjną. W rzeczywistości przez ten izolator nie płynie żaden prąd, więc prąd bramki FET jest bardzo mały. Najpopularniejszy FET wykorzystuje cienką warstwę dwutlenku krzemu jako izolator pod bramką. Takie tranzystory nazywane są tranzystorami metal-tlenek-półprzewodnik (MOS) lub tranzystorami polowymi metal-tlenek-półprzewodnik (MOSFET). Ponieważ MOSFET-y są mniejsze i bardziej energooszczędne, w wielu zastosowaniach zastąpiły tranzystory bipolarne.

Co to jest MOS? jaki jest efekt?

Aby sprawdzić informacje na temat MOSFET-u, przejdź bezpośrednio do encyklopedii Baidu.

Tranzystor MOSFET to tranzystor polowy typu metal-tlenek-półprzewodnik lub metal-izolator-półprzewodnik. Źródło i dren tranzystora MOSFET można odwrócić, a wszystkie one stanowią obszary typu N utworzone w tylnej bramce typu P. W większości przypadków te dwa obszary są takie same, nawet jeśli oba końce są odwrócone, nie wpłynie to na wydajność urządzenia. Takie urządzenia są uważane za symetryczne.

Tranzystor bipolarny wzmacnia niewielką zmianę prądu na końcu wejściowym i generuje dużą zmianę prądu na końcu wyjściowym. Wzmocnienie tranzystora bipolarnego definiuje się jako stosunek prądu wyjściowego do prądu wejściowego (beta). Inny typ tranzystora, zwany tranzystorem polowym (FET), przekształca zmiany napięcia wejściowego na zmiany prądu wyjściowego. Wzmocnienie tranzystora FET jest równe jego transkonduktancji, zdefiniowanej jako stosunek zmiany prądu wyjściowego do zmiany napięcia wejściowego.

Nazwa tranzystora polowego (FET) pochodzi również od jego wejścia (zwanego bramką), które wpływa na prąd płynący przez tranzystor, generując pole elektryczne na warstwę izolacyjną. W rzeczywistości przez ten izolator nie płynie żaden prąd, więc prąd bramki tranzystora polowego (FET) jest bardzo mały. Najpopularniejszy tranzystor polowy (FET) wykorzystuje cienką warstwę dwutlenku krzemu jako izolator pod bramką (GATE). Takie tranzystory nazywane są tranzystorami metal-tlenek-półprzewodnik (MOS) lub tranzystorami polowymi metal-tlenek-półprzewodnik (MOSFET). Ponieważ MOSFET są mniejsze i bardziej energooszczędne, w wielu zastosowaniach zastąpiły tranzystory bipolarne.

Najpierw przyjrzyjmy się prostszemu urządzeniu – kondensatorowi MOS – aby lepiej zrozumieć tranzystor MOSFET. Urządzenie ma dwie elektrody, jedną metalową, a drugą z krzemu zewnętrznego, rozdzielone cienką warstwą dwutlenku krzemu. Biegun metalowy to bramka (GATE), a zacisk półprzewodnikowy to tylna bramka (backgate) lub korpus. Izolacyjna warstwa tlenku między nimi nazywana jest dielektrykiem bramki. Przedstawione urządzenie ma tylną bramkę (backgate) wykonaną z lekko domieszkowanego krzemu typu P. Charakterystykę elektryczną tego kondensatora MOS można wyjaśnić, łącząc tylną bramkę z masą, a bramkę z różnymi napięciami. Potencjał BRAMKI kondensatora MOS wynosi 0 V. Różnica w PRACY FUNKCJI między metalową bramką a półprzewodnikową bramką (BACKGATE) tworzy małe pole elektryczne na dielektryku. W urządzeniu to pole elektryczne powoduje, że bieguny metalowe są lekko dodatnie, a bieguny krzemu typu P ujemne. To pole elektryczne przyciąga elektrony z dolnych warstw krzemu do powierzchni i jednocześnie odpycha dziury od powierzchni. To pole elektryczne jest zbyt słabe, więc zmiana koncentracji nośników jest niewielka, a wpływ na ogólne właściwości urządzenia jest również niewielki.

Co się dzieje, gdy BRAMKA kondensatora MOS jest przesunięta w przód w stosunku do BACKGATE. Pole elektryczne w bramce DIELECTRIC intensyfikuje się i więcej elektronów jest wyrywanych z podłoża. Jednocześnie dziury są odpychane od powierzchni. Wraz ze wzrostem napięcia GATE na powierzchni będzie więcej elektronów niż dziur. Z powodu nadmiaru elektronów powierzchnia krzemu wygląda jak krzem typu N. Odwrócenie polaryzacji domieszkowania nazywa się inwersją, a odwrócona warstwa krzemu nazywana jest kanałem. W miarę jak napięcie GATE stale rośnie, na powierzchni gromadzi się coraz więcej elektronów, a kanał staje się silną inwersją. Napięcie, przy którym tworzy się kanał, nazywane jest napięciem progowym Vt. Gdy różnica napięć pomiędzy GATE i BACKGATE jest mniejsza niż napięcie progowe, kanał nie jest tworzony. Gdy różnica napięć przekracza napięcie progowe, pojawia się kanał.

Kondensatory MOS: (A) nieobciążone (VBG=0V), (B) odwrócone (VBG=3V), (C) akumulowane (VBG=-3V).

Środek ma miejsce, gdy GATE kondensatora MOS ma napięcie ujemne w stosunku do tylnej klapy. Pole elektryczne ulega odwróceniu, przyciągając dziury do powierzchni i odpychając elektrony. Powierzchnia krzemu wydaje się być silniej domieszkowana i uważa się, że urządzenie znajduje się w stanie akumulacji.

Charakterystyki kondensatorów MOS można wykorzystać do tworzenia tranzystorów MOS. Brama, dielektryk i tylna klapa pozostają bez zmian. Po obu stronach BRAMY znajdują się dwa dodatkowe, selektywnie domieszkowane regiony. Jeden z nich nazywa się źródłem, a drugi drenem. Załóżmy, że zarówno źródło, jak i tylna klapa są uziemione, a dren jest podłączony do napięcia dodatniego. Dopóki napięcie pomiędzy GATE i BACKGATE jest w dalszym ciągu niższe niż napięcie progowe, żaden kanał nie zostanie utworzony. Złącze PN między drenem a klapą tylną jest spolaryzowane zaporowo, więc tylko niewielka ilość prądu przepływa z drenu do klapy tylnej. Jeżeli napięcie GATE przekroczy napięcie progowe, pod dielektrykiem GATE pojawi się kanał. Kanał ten przypomina cienką warstwę krzemu typu N, która zwiera dren i źródło. Prąd składający się z elektronów przepływa od źródła przez kanał do drenu. Ogólnie rzecz biorąc, prąd drenu będzie występował tylko wtedy, gdy napięcie bramka-źródło V przekroczy napięcie progowe Vt.

W symetrycznym tranzystorze MOSFET oznaczenia źródła i drenu są w pewnym stopniu dowolne. Z definicji, nośniki wypływają ze źródła i wpływają do drenu. Dlatego identyfikacja źródła i drenu jest określana przez napięcie polaryzacji tranzystora. Czasami napięcie polaryzacji tranzystora nie jest stałe i dwa wyprowadzenia zamieniają się rolami. W takim przypadku projektant obwodu musi określić, że jedno z nich jest drenem, a drugie źródłem.

Źródło i dren to asymetryczne tranzystory MOSFET o różnym domieszkowaniu i różnych kształtach geometrycznych. Istnieje wiele powodów, dla których powstają tranzystory asymetryczne, ale wszystkie dają ten sam efekt końcowy. Jeden z wyprowadzeń jest zoptymalizowany jako dren, a drugi jako źródło. Jeśli dren i źródło zostaną zamienione, urządzenie nie będzie działać prawidłowo.

Tranzystory posiadają kanał typu N, dlatego nazywane są tranzystorami MOSFET z kanałem N lub NMOS. Istnieje również lampa MOS z kanałem P (PMOS), która jest tranzystorem MOSFET typu P, składającym się z lekko domieszkowanego tranzystora BACKGATE typu N oraz źródła i drenu typu P. Jeśli bramka tego tranzystora jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia względem bramki BACKGATE, elektrony są przyciągane do powierzchni, a dziury są odpychane od powierzchni. Powierzchnia krzemu jest akumulowana i nie tworzy się kanał. Jeśli bramka jest spolaryzowana w kierunku zaporowym względem bramki BACKGATE, dziury są przyciągane do powierzchni i tworzy się kanał. Zatem napięcie progowe tranzystora PMOS jest ujemne. Ponieważ napięcie progowe tranzystora NMOS jest dodatnie, a napięcie progowe tranzystora PMOS jest ujemne, inżynierowie zazwyczaj usuwają znak przed napięciem progowym. Inżynier może stwierdzić, że „PMOS Vt wzrasta z 0.6 V do 0.7 V”, podczas gdy w rzeczywistości PMOS Vt spada z -0.6 V do -0.7 V.