MOSFET là một bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại. Hoặc kim loại-chất cách điện-bán dẫn. Transistor lưỡng cực khuếch đại sự thay đổi nhỏ của dòng điện ở đầu vào và tạo ra sự thay đổi dòng điện lớn ở đầu ra. Độ lợi của bóng bán dẫn lưỡng cực được định nghĩa là tỷ lệ giữa đầu ra và dòng điện đầu vào (beta). Một loại bóng bán dẫn khác, được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET), chuyển đổi những thay đổi trong điện áp đầu vào thành những thay đổi trong dòng điện đầu ra. Độ lợi của FET bằng độ dẫn điện của nó, được định nghĩa là tỷ lệ giữa sự thay đổi dòng điện đầu ra với sự thay đổi điện áp đầu vào. Tên của FET cũng xuất phát từ đầu vào của nó (được gọi là cổng) tác động đến dòng điện chạy qua bóng bán dẫn bằng cách chiếu một điện trường lên một lớp cách điện. Trên thực tế không có dòng điện chạy qua chất cách điện này nên dòng điện cổng của FET rất nhỏ. FET phổ biến nhất sử dụng một lớp silicon dioxide mỏng làm chất cách điện bên dưới GATE. Các bóng bán dẫn như vậy được gọi là bóng bán dẫn bán dẫn oxit kim loại (MOS), hoặc bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET). Vì MOSFET nhỏ hơn và tiết kiệm điện hơn nên chúng đã thay thế các bóng bán dẫn lưỡng cực trong nhiều ứng dụng.

MOS là gì? tác dụng là gì?

Bạn có thể trực tiếp vào Bách khoa toàn thư Baidu để kiểm tra thông tin của MOSFET.

MOSFET là một bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại hoặc chất bán dẫn cách điện kim loại. Nguồn và cống của MOSFET có thể đảo ngược và chúng đều là các vùng loại N được hình thành trong cổng sau loại P. Trong hầu hết các trường hợp, 2 vùng này đều giống nhau, dù 2 đầu có bị đảo ngược cũng không ảnh hưởng tới hiệu năng của thiết bị. Các thiết bị như vậy được coi là đối xứng.

Transistor lưỡng cực khuếch đại sự thay đổi nhỏ của dòng điện ở đầu vào và tạo ra sự thay đổi dòng điện lớn ở đầu ra. Độ lợi của bóng bán dẫn lưỡng cực được định nghĩa là tỷ lệ giữa đầu ra và dòng điện đầu vào (beta). Một loại bóng bán dẫn khác, được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET), chuyển đổi những thay đổi trong điện áp đầu vào thành những thay đổi trong dòng điện đầu ra. Độ lợi của FET bằng độ dẫn điện của nó, được định nghĩa là tỷ lệ giữa sự thay đổi dòng điện đầu ra với sự thay đổi điện áp đầu vào.

Tên của FET cũng xuất phát từ đầu vào của nó (được gọi là cổng) tác động đến dòng điện chạy qua bóng bán dẫn bằng cách chiếu một điện trường lên một lớp cách điện. Trên thực tế không có dòng điện chạy qua chất cách điện này nên dòng điện cổng của FET rất nhỏ. FET phổ biến nhất sử dụng một lớp silicon dioxide mỏng làm chất cách điện bên dưới GATE. Các bóng bán dẫn như vậy được gọi là bóng bán dẫn bán dẫn oxit kim loại (MOS), hoặc bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET). Vì MOSFET nhỏ hơn và tiết kiệm điện hơn nên chúng đã thay thế các bóng bán dẫn lưỡng cực trong nhiều ứng dụng.

Trước tiên hãy xem xét một thiết bị đơn giản hơn - tụ điện MOS - để hiểu rõ hơn về MOSFET. Thiết bị này có hai điện cực, một bằng kim loại và một bằng silicon bên ngoài, được ngăn cách bởi một lớp silicon dioxide mỏng. Cực kim loại là GATE và cực bán dẫn là cổng sau hoặc thân. Lớp oxit cách điện giữa chúng được gọi là chất điện môi cổng. Thiết bị được hiển thị có cổng sau được làm bằng silicon loại P pha tạp nhẹ. Các đặc tính điện của tụ điện MOS này có thể được giải thích bằng cách kết nối cổng sau với mặt đất và cổng với các điện áp khác nhau. Điện thế GATE của tụ MOS là 0V. Sự khác biệt về CHỨC NĂNG LÀM VIỆC giữa GATE kim loại và BACKGATE bán dẫn tạo ra một điện trường nhỏ trên chất điện môi. Trong thiết bị, điện trường này làm cho các cực kim loại hơi dương và silicon loại P âm. Điện trường này thu hút các electron từ các lớp dưới cùng của silicon lên bề mặt, đồng thời đẩy các lỗ trống trên bề mặt. Điện trường này quá yếu nên sự thay đổi nồng độ hạt tải điện là rất nhỏ và ảnh hưởng đến đặc tính chung của thiết bị cũng rất nhỏ.

Điều gì xảy ra khi GATE của tụ MOS được phân cực thuận so với BACKGATE. Điện trường trên GATE DIELECTRIC tăng cường và nhiều electron được kéo lên khỏi chất nền. Đồng thời, các lỗ được đẩy lùi khỏi bề mặt. Khi điện áp GATE tăng lên, sẽ có nhiều electron hơn số lỗ trống trên bề mặt. Do thừa electron nên bề mặt silicon trông giống như silicon loại N. Sự đảo ngược phân cực pha tạp được gọi là đảo ngược và lớp silicon đảo ngược được gọi là kênh. Khi điện áp GATE tiếp tục tăng, ngày càng có nhiều electron tích tụ trên bề mặt và kênh trở nên đảo ngược mạnh. Điện áp mà Kênh được hình thành được gọi là điện áp ngưỡng Vt. Khi chênh lệch điện áp giữa GATE và BACKGATE nhỏ hơn điện áp ngưỡng thì không có kênh nào được hình thành. Khi chênh lệch điện áp vượt quá điện áp ngưỡng, kênh sẽ xuất hiện.

Tụ điện MOS: (A) không phân cực (VBG=0V), (B) nghịch đảo (VBG=3V), (C) tích lũy (VBG=-3V).

Trường hợp giữa là trường hợp GATE của tụ MOS có điện áp âm so với cổng sau. Điện trường bị đảo ngược, thu hút các lỗ trống trên bề mặt và đẩy các electron. Bề mặt silicon dường như bị pha tạp nhiều hơn và thiết bị được coi là đang ở trạng thái tích tụ.

Các đặc tính của tụ MOS có thể được sử dụng để tạo thành các bóng bán dẫn MOS. Cổng, điện môi và cổng sau vẫn giữ nguyên. Ở hai bên của GATE là hai vùng pha tạp có chọn lọc bổ sung. Một trong số chúng được gọi là nguồn và cái còn lại được gọi là cống. Giả sử rằng cả nguồn và cổng sau đều được nối đất và cống được kết nối với điện áp dương. Miễn là điện áp giữa GATE và BACKGATE vẫn nhỏ hơn điện áp ngưỡng thì sẽ không có kênh nào được hình thành. Điểm nối PN giữa cống và cổng sau bị phân cực ngược, do đó chỉ có một lượng nhỏ dòng điện chạy từ cống đến cổng sau. Nếu điện áp GATE vượt quá điện áp ngưỡng, một kênh sẽ xuất hiện dưới chất điện môi GATE. Kênh này giống như một lớp silicon loại N mỏng làm ngắn mạch thoát và nguồn. Một dòng điện gồm các electron chạy từ nguồn qua kênh đến cực máng. Nói chung, sẽ chỉ có dòng điện tiêu hao khi điện áp cổng tới nguồn V vượt quá điện áp ngưỡng Vt.

Trong MOSFET đối xứng, việc ghi nhãn nguồn và cống có phần tùy ý. Theo định nghĩa, chất mang chảy ra khỏi nguồn và vào cống. Do đó, danh tính của Nguồn và cống được xác định bởi độ lệch của thiết bị. Đôi khi điện áp phân cực trên bóng bán dẫn không cố định và hai dây dẫn sẽ chuyển đổi vai trò cho nhau. Trong trường hợp này, người thiết kế mạch phải xác định rõ một cái là cống và cái còn lại là nguồn.

Nguồn và cống là MOSFET không đối xứng với độ pha tạp khác nhau và hình dạng hình học khác nhau. Có nhiều lý do để chế tạo bóng bán dẫn bất đối xứng, nhưng tất cả đều có kết quả cuối cùng giống nhau. Một thiết bị đầu cuối dẫn được tối ưu hóa dưới dạng nguồn và thiết bị đầu cuối còn lại được tối ưu hóa dưới dạng nguồn. Nếu cống và nguồn bị tráo đổi, thiết bị sẽ không hoạt động bình thường.

Transitor có kênh loại N nên được gọi là MOSFET kênh N hay NMOS. Một ống MOS kênh P (PMOS) cũng tồn tại, đó là P-MOSFET bao gồm BACKGATE loại N pha tạp nhẹ và nguồn và cống loại P. Nếu CỔNG của bóng bán dẫn này phân cực thuận so với BACKGATE, các electron bị hút vào bề mặt và các lỗ trống bị đẩy ra khỏi bề mặt. Bề mặt của silicon được tích tụ và không có kênh nào được hình thành. Nếu GATE bị phân cực ngược so với BACKGATE, các lỗ sẽ bị hút về bề mặt và một kênh được hình thành. Do đó, điện áp ngưỡng của bóng bán dẫn PMOS là âm. Vì điện áp ngưỡng của NMOS là dương và điện áp ngưỡng của PMOS là âm nên các kỹ sư thường xóa dấu trước điện áp ngưỡng. Một kỹ sư có thể nói, "PMOS Vt tăng từ 0.6V lên 0.7V", trong khi trên thực tế, PMOS Vt giảm từ -0.6V xuống -0.7V.