Transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET, MOS-FET hoặc MOS FET) là một loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET), thường được chế tạo bằng quá trình oxy hóa có kiểm soát của silicon. Nó có một cổng cách điện, điện áp xác định độ dẫn điện của thiết bị.
Đặc điểm chính của nó là có một lớp cách điện silicon dioxide giữa cổng kim loại và kênh nên có điện trở đầu vào cao (lên tới 1015Ω). Nó cũng được chia thành ống kênh N và ống kênh P. Thông thường đế (đế) và nguồn S được nối với nhau.
Theo các chế độ dẫn khác nhau, MOSFET được chia thành loại tăng cường và loại suy giảm.
Cái gọi là loại tăng cường có nghĩa là: khi VGS=0, ống ở trạng thái cắt. Sau khi thêm VGS chính xác, hầu hết các sóng mang đều bị thu hút vào cổng, do đó "tăng cường" các sóng mang trong khu vực này và tạo thành một kênh dẫn điện. .
Chế độ cạn kiệt có nghĩa là khi VGS=0, một kênh được hình thành. Khi VGS chính xác được thêm vào, hầu hết các sóng mang có thể chảy ra khỏi kênh, do đó làm "cạn kiệt" các sóng mang và tắt ống.
Phân biệt lý do: Điện trở đầu vào của JFET lớn hơn 100MΩ và độ dẫn điện rất cao, khi cổng được dẫn, từ trường không gian trong nhà rất dễ phát hiện tín hiệu dữ liệu điện áp làm việc trên cổng, do đó đường ống có xu hướng được lên đến, hoặc có xu hướng bật-tắt. Nếu điện áp cảm ứng của cơ thể được thêm ngay vào cổng, do nhiễu điện từ của phím rất mạnh nên tình trạng trên sẽ nghiêm trọng hơn. Nếu kim đồng hồ lệch mạnh sang trái nghĩa là đường ống có xu hướng hướng lên, điện trở nguồn thoát RDS giãn ra và lượng dòng điện nguồn thoát giảm IDS. Ngược lại, kim đồng hồ lệch mạnh sang phải, cho thấy đường ống có xu hướng tắt, RDS đi xuống và IDS đi lên. Tuy nhiên, hướng chính xác mà kim công tơ bị lệch phải phụ thuộc vào cực dương và cực âm của điện áp cảm ứng (điện áp làm việc hướng dương hoặc điện áp làm việc hướng ngược) và điểm giữa làm việc của đường ống.
MOSFET WINSOK DFN3x3
Lấy kênh N làm ví dụ, nó được chế tạo trên đế silicon loại P với hai vùng khuếch tán nguồn có độ pha tạp cao N+ và vùng khuếch tán cống N+, sau đó điện cực nguồn S và điện cực thoát D lần lượt được dẫn ra ngoài. Nguồn và chất nền được kết nối bên trong và chúng luôn duy trì cùng một điện thế. Khi cống được kết nối với cực dương của nguồn điện và nguồn được kết nối với cực âm của nguồn điện và VGS=0, dòng điện kênh (tức là dòng xả) ID=0. Khi VGS tăng dần, bị thu hút bởi điện áp cổng dương, các hạt mang điện âm thiểu số được tạo ra giữa hai vùng khuếch tán, tạo thành kênh loại N từ nguồn đến nguồn. Khi VGS lớn hơn điện áp bật VTN của ống (thường khoảng +2V), ống kênh N bắt đầu dẫn điện, tạo thành dòng thoát ID.
VMOSFET (VMOSFET), tên đầy đủ của nó là MOSFET rãnh chữ V. Nó là một thiết bị chuyển mạch nguồn, hiệu suất cao mới được phát triển sau MOSFET. Nó không chỉ kế thừa trở kháng đầu vào cao của MOSFET ( ≥108W) mà còn cả dòng điện truyền động nhỏ (khoảng 0,1μA). Nó cũng có các đặc tính tuyệt vời như điện áp chịu được cao (lên đến 1200V), dòng điện hoạt động lớn (1,5A ~ 100A), công suất đầu ra cao (1 ~ 250W), độ tuyến tính truyền dẫn tốt và tốc độ chuyển mạch nhanh. Chính vì nó kết hợp những ưu điểm của ống chân không và bóng bán dẫn điện nên nó đang được sử dụng rộng rãi trong các bộ khuếch đại điện áp (khuếch đại điện áp có thể đạt tới hàng nghìn lần), bộ khuếch đại công suất, bộ nguồn chuyển mạch và bộ biến tần.
Như chúng ta đã biết, cổng, nguồn và cống của MOSFET truyền thống gần như nằm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang trên chip và dòng điện hoạt động của nó về cơ bản chạy theo hướng ngang. Ống VMOS thì khác. Nó có hai đặc điểm cấu trúc chính: thứ nhất, cổng kim loại sử dụng cấu trúc rãnh hình chữ V; thứ hai, nó có độ dẫn dọc. Vì cống được rút ra từ mặt sau của chip nên ID không chảy theo chiều ngang dọc theo chip mà bắt đầu từ vùng N+ bị pha tạp nặng (nguồn S) và chảy vào vùng N-drift pha tạp nhẹ qua kênh P. Cuối cùng, nó vươn thẳng xuống dưới để thoát nước D. Do diện tích mặt cắt dòng chảy tăng nên dòng điện lớn có thể đi qua. Vì có một lớp cách điện bằng silicon dioxide giữa cổng và chip nên nó vẫn là MOSFET cổng cách điện.
Ưu điểm của việc sử dụng:
MOSFET là phần tử điều khiển điện áp, trong khi bóng bán dẫn là phần tử điều khiển dòng điện.
Nên sử dụng MOSFET khi chỉ cho phép lấy một lượng nhỏ dòng điện từ nguồn tín hiệu; nên sử dụng bóng bán dẫn khi điện áp tín hiệu thấp và được phép rút ra nhiều dòng điện hơn từ nguồn tín hiệu. MOSFET sử dụng cả hạt tải điện đa số để dẫn điện nên gọi là thiết bị đơn cực, còn bóng bán dẫn sử dụng cả hạt tải điện đa số và hạt tải điện thiểu số để dẫn điện nên gọi là thiết bị lưỡng cực.
Nguồn và cống của một số MOSFET có thể được sử dụng thay thế cho nhau và điện áp cổng có thể dương hoặc âm, khiến chúng linh hoạt hơn triode.
MOSFET có thể hoạt động trong điều kiện dòng điện rất nhỏ và điện áp rất thấp, đồng thời quy trình sản xuất của nó có thể dễ dàng tích hợp nhiều MOSFET trên chip silicon. Vì vậy, MOSFET đã được sử dụng rộng rãi trong các mạch tích hợp quy mô lớn.
MOSFET Olueky SOT-23N
Các đặc tính ứng dụng tương ứng của MOSFET và bóng bán dẫn
1. Nguồn s, cổng g và cống d của MOSFET tương ứng với bộ phát e, cơ sở b và bộ thu c của bóng bán dẫn. Chức năng của chúng là tương tự nhau.
2. MOSFET là thiết bị dòng điện được điều khiển bằng điện áp, iD được điều khiển bởi vGS và hệ số khuếch đại gm của nó thường nhỏ nên khả năng khuếch đại của MOSFET kém; bóng bán dẫn là một thiết bị hiện tại được điều khiển bằng dòng điện và iC được điều khiển bởi iB (hoặc iE).
3. Cổng MOSFET hầu như không có dòng điện (ig»0); trong khi đế của bóng bán dẫn luôn hút một dòng điện nhất định khi bóng bán dẫn hoạt động. Do đó, điện trở đầu vào cổng của MOSFET cao hơn điện trở đầu vào của bóng bán dẫn.
4. MOSFET bao gồm nhiều sóng mang tham gia vào quá trình dẫn điện; bóng bán dẫn có hai sóng mang, đa sóng mang và sóng mang thiểu số, tham gia vào quá trình dẫn điện. Nồng độ chất mang thiểu số bị ảnh hưởng lớn bởi các yếu tố như nhiệt độ và bức xạ. Vì vậy, MOSFET có độ ổn định nhiệt độ tốt hơn và khả năng chống bức xạ mạnh hơn so với bóng bán dẫn. MOSFET nên được sử dụng ở những nơi có điều kiện môi trường (nhiệt độ, v.v.) rất khác nhau.
5. Khi kim loại nguồn và đế của MOSFET được kết nối với nhau, nguồn và cống có thể được sử dụng thay thế cho nhau và các đặc tính ít thay đổi; trong khi khi bộ thu và bộ phát của triode được sử dụng thay thế cho nhau thì các đặc tính rất khác nhau. Giá trị β sẽ giảm đi rất nhiều.
6. Hệ số nhiễu của MOSFET rất nhỏ. MOSFET nên được sử dụng càng nhiều càng tốt ở giai đoạn đầu vào của mạch khuếch đại có độ ồn thấp và các mạch yêu cầu tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao.
7. Cả MOSFET và bóng bán dẫn đều có thể tạo thành các mạch khuếch đại và mạch chuyển mạch khác nhau, nhưng MOSFET có quy trình sản xuất đơn giản và có ưu điểm là tiêu thụ điện năng thấp, ổn định nhiệt tốt và dải điện áp nguồn hoạt động rộng. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong các mạch tích hợp quy mô lớn và rất lớn.
8. Transistor có điện trở đóng lớn, trong khi MOSFET có điện trở đóng nhỏ, chỉ vài trăm mΩ. Trong các thiết bị điện hiện nay, MOSFET thường được sử dụng làm công tắc và hiệu suất của chúng tương đối cao.
MOSFET đóng gói WINSOK SOT-323
MOSFET so với bóng bán dẫn lưỡng cực
MOSFET là một thiết bị được điều khiển bằng điện áp và cổng về cơ bản không có dòng điện, trong khi bóng bán dẫn là một thiết bị được điều khiển bằng dòng điện và đế phải có một dòng điện nhất định. Vì vậy, khi dòng điện định mức của nguồn tín hiệu cực nhỏ thì nên sử dụng MOSFET.
MOSFET là chất dẫn điện có nhiều sóng mang, trong khi cả hai sóng mang của bóng bán dẫn đều tham gia dẫn điện. Vì nồng độ hạt tải điện thiểu số rất nhạy cảm với các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ và bức xạ, MOSFET phù hợp hơn với các tình huống mà môi trường thay đổi nhiều.
Ngoài việc được sử dụng làm thiết bị khuếch đại và công tắc điều khiển như bóng bán dẫn, MOSFET còn có thể được sử dụng làm điện trở tuyến tính biến đổi được điều khiển bằng điện áp.
Nguồn và cống của MOSFET có cấu trúc đối xứng và có thể được sử dụng thay thế cho nhau. Điện áp nguồn cổng của MOSFET chế độ cạn kiệt có thể dương hoặc âm. Vì vậy, việc sử dụng MOSFET linh hoạt hơn so với sử dụng bóng bán dẫn.
Thời gian đăng: Oct-13-2023
