Hiểu biết cơ bản về MOSFET

MOSFET, viết tắt của Transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại, là một thiết bị bán dẫn ba cực sử dụng hiệu ứng điện trường để điều khiển dòng điện. Dưới đây là tổng quan cơ bản về MOSFET:

1. Định nghĩa và phân loại

- Định nghĩa: MOSFET là thiết bị bán dẫn điều khiển kênh dẫn giữa cực máng và nguồn bằng cách thay đổi điện áp cổng. Cổng được cách ly với nguồn và thoát nước bằng một lớp vật liệu cách điện (thường là silicon dioxide), đó là lý do tại sao nó còn được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường cổng cách điện.

- Phân loại: MOSFET được phân loại dựa trên loại kênh dẫn điện và ảnh hưởng của điện áp cổng:

- MOSFET kênh N và kênh P: Tùy thuộc vào loại kênh dẫn điện.

- MOSFET chế độ tăng cường và chế độ suy giảm: Dựa trên ảnh hưởng của điện áp cổng đến kênh dẫn điện. Do đó, MOSFET được phân thành bốn loại: chế độ tăng cường kênh N, chế độ suy giảm kênh N, chế độ tăng cường kênh P và chế độ suy giảm kênh P.

2. Cấu trúc và nguyên lý làm việc

- Cấu tạo: Một MOSFET gồm 3 thành phần cơ bản: cổng (G), cống (D) và nguồn (S). Trên đế bán dẫn có độ pha tạp nhẹ, các vùng nguồn và vùng thoát có độ pha tạp cao được tạo ra thông qua các kỹ thuật xử lý chất bán dẫn. Các vùng này được ngăn cách bởi một lớp cách điện, trên cùng là điện cực cổng.

- Nguyên lý làm việc: Lấy MOSFET chế độ tăng cường kênh N làm ví dụ, khi điện áp cổng bằng 0 thì không có kênh dẫn điện giữa cực máng và nguồn nên không có dòng điện chạy qua. Khi điện áp cổng tăng đến một ngưỡng nhất định (gọi tắt là “điện áp bật” hay “điện áp ngưỡng”), lớp cách điện dưới cổng sẽ hút các electron từ đế tạo thành lớp nghịch đảo (lớp mỏng loại N) , tạo ra một kênh dẫn điện. Điều này cho phép dòng điện chạy giữa cống và nguồn. Độ rộng của kênh dẫn này và do đó dòng thoát được xác định bởi độ lớn của điện áp cổng.

3. Đặc điểm chính

- Trở kháng đầu vào cao: Do ​​cổng được cách ly với nguồn và thoát nước bằng lớp cách điện nên trở kháng đầu vào của MOSFET cực kỳ cao nên phù hợp với các mạch có trở kháng cao.

- Độ ồn thấp: MOSFET tạo ra tiếng ồn tương đối thấp trong quá trình hoạt động, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các mạch có yêu cầu nghiêm ngặt về tiếng ồn.

- Độ ổn định nhiệt tốt: MOSFET có độ ổn định nhiệt tuyệt vời và có thể hoạt động hiệu quả trong phạm vi nhiệt độ rộng.

- Tiêu thụ điện năng thấp: MOSFET tiêu thụ rất ít điện năng ở cả trạng thái bật và tắt nên phù hợp với các mạch điện năng thấp.

- Tốc độ chuyển mạch cao: Là thiết bị được điều khiển bằng điện áp, MOSFET cung cấp tốc độ chuyển mạch nhanh, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các mạch tần số cao.

4. Lĩnh vực ứng dụng

MOSFET được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử khác nhau, đặc biệt là trong các mạch tích hợp, điện tử công suất, thiết bị liên lạc và máy tính. Chúng đóng vai trò là thành phần cơ bản trong mạch khuếch đại, mạch chuyển mạch, mạch điều chỉnh điện áp, v.v., hỗ trợ các chức năng như khuếch đại tín hiệu, điều khiển chuyển mạch và ổn định điện áp.

Tóm lại, MOSFET là một thiết bị bán dẫn thiết yếu có cấu trúc độc đáo và đặc tính hiệu suất tuyệt vời. Nó đóng một vai trò quan trọng trong các mạch điện tử trên nhiều lĩnh vực.