როგორ მუშაობს MOSFET-ები

MOSFET-ის მუშაობის პრინციპი ძირითადად ეფუძნება მის უნიკალურ სტრუქტურულ თვისებებს და ელექტრული ველის ეფექტებს. ქვემოთ მოცემულია დეტალური ახსნა, თუ როგორ მუშაობს MOSFET:

 

I. MOSFET-ის ძირითადი სტრუქტურა

MOSFET ძირითადად შედგება კარიბჭისგან (G), წყაროდან (S), დრენაჟისაგან (D) და სუბსტრატისაგან (B, ზოგჯერ დაკავშირებულია წყაროსთან სამტერმინალური მოწყობილობის შესაქმნელად). N-არხის გამაძლიერებელ MOSFET-ებში, სუბსტრატი, როგორც წესი, არის დაბალი დოპირებული P-ტიპის სილიკონის მასალა, რომელზედაც მზადდება ორი მაღალი დოპინგის N- ტიპის რეგიონი, რათა ემსახურებოდეს შესაბამისად წყაროს და დრენაჟს. P-ტიპის სუბსტრატის ზედაპირი დაფარულია ძალიან თხელი ოქსიდის ფირით (სილიციუმის დიოქსიდი), როგორც საიზოლაციო ფენა, ხოლო ელექტროდი გამოყვანილია როგორც კარიბჭე. ეს სტრუქტურა ხდის კარიბჭეს იზოლირებულ P-ტიპის ნახევარგამტარული სუბსტრატიდან, დრენაჟიდან და წყაროდან და ამიტომ მას ასევე უწოდებენ იზოლირებული კარიბჭის ველის ეფექტის მილს.

II. მოქმედების პრინციპი

MOSFET-ები მუშაობენ კარიბჭის წყაროს ძაბვის (VGS) გამოყენებით გადინების დენის (ID) გასაკონტროლებლად. კერძოდ, როდესაც გამოყენებული პოზიტიური კარიბჭის წყაროს ძაბვა, VGS, არის ნულზე მეტი, ზედა დადებითი და ქვედა უარყოფითი ელექტრული ველი გამოჩნდება კარიბჭის ქვემოთ ოქსიდის ფენაზე. ეს ელექტრული ველი იზიდავს თავისუფალ ელექტრონებს P-რეგიონში, რაც იწვევს მათ დაგროვებას ოქსიდის შრის ქვემოთ, ხოლო P- რეგიონში ხვრელების მოგერიება. როგორც VGS იზრდება, ელექტრული ველის სიძლიერე იზრდება და მოზიდული თავისუფალი ელექტრონების კონცენტრაცია იზრდება. როდესაც VGS აღწევს გარკვეულ ბარიერ ძაბვას (VT), რეგიონში თავმოყრილი თავისუფალი ელექტრონების კონცენტრაცია საკმარისად დიდია ახალი N ტიპის რეგიონის (N-არხი) შესაქმნელად, რომელიც მოქმედებს როგორც ხიდი, რომელიც აკავშირებს გადინებასა და წყაროს. ამ დროს, თუ გარკვეული მამოძრავებელი ძაბვა (VDS) არსებობს გადინებასა და წყაროს შორის, გადინების დენის ID იწყებს დინებას.

III. დირიჟორული არხის ფორმირება და შეცვლა

გამტარი არხის ფორმირება არის MOSFET-ის მუშაობის გასაღები. როდესაც VGS მეტია VT-ზე, გამტარი არხი იქმნება და გადინების დენის ID გავლენას ახდენს როგორც VGS, ასევე VDS. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ თუ გამტარი არხი არ არის დადგენილი (ანუ VGS არის VT-ზე ნაკლები), მაშინაც კი, თუ VDS არსებობს, გადინების დენის ID არ გამოჩნდება.

IV. MOSFET-ების მახასიათებლები

მაღალი შეყვანის წინაღობა:MOSFET-ის შეყვანის წინაღობა ძალიან მაღალია, უსასრულობასთან ახლოს, რადგან კარიბჭესა და წყაროს გადინების ზონას შორის არის საიზოლაციო ფენა და მხოლოდ კარიბჭის სუსტი დენი.

დაბალი გამომავალი წინაღობა:MOSFET-ები არის ძაბვით კონტროლირებადი მოწყობილობები, რომლებშიც წყარო-დრენაჟის დენი შეიძლება შეიცვალოს შეყვანის ძაბვასთან ერთად, ამიტომ მათი გამომავალი წინაღობა მცირეა.

მუდმივი ნაკადი:გაჯერების რეგიონში მუშაობისას, MOSFET-ის დენი პრაქტიკულად არ იმოქმედებს წყარო-დრენაჟის ძაბვის ცვლილებებზე, რაც უზრუნველყოფს შესანიშნავი მუდმივ დენს.

 

კარგი ტემპერატურის სტაბილურობა:MOSFET-ებს აქვთ ოპერაციული ტემპერატურის ფართო დიაპაზონი -55°C-დან +150°C-მდე.

V. აპლიკაციები და კლასიფიკაციები

MOSFET-ები ფართოდ გამოიყენება ციფრულ სქემებში, ანალოგურ სქემებში, დენის სქემებში და სხვა სფეროებში. მოქმედების ტიპის მიხედვით, MOSFET-ები შეიძლება დაიყოს გამაძლიერებელ და ამოწურვის ტიპებად; გამტარი არხის ტიპის მიხედვით, ისინი შეიძლება დაიყოს N-არხად და P-არხად. ამ სხვადასხვა ტიპის MOSFET-ებს აქვთ საკუთარი უპირატესობები განაცხადის სხვადასხვა სცენარში.

მოკლედ რომ ვთქვათ, MOSFET-ის მუშაობის პრინციპი არის გამტარი არხის ფორმირებისა და ცვლილების კონტროლი კარიბჭის წყაროს ძაბვის მეშვეობით, რაც თავის მხრივ აკონტროლებს გადინების დენის დინებას. მისი მაღალი შეყვანის წინაღობა, დაბალი გამომავალი წინაღობა, მუდმივი დენი და ტემპერატურის სტაბილურობა ხდის MOSFET-ებს ელექტრონულ სქემებში მნიშვნელოვან კომპონენტად.