Électronique de base - MOSFET

Les FET présentent quelques inconvénients tels qu'une résistance de drain élevée, une impédance d'entrée modérée et un fonctionnement plus lent. Pour surmonter ces inconvénients, le MOSFET qui est un FET avancé est inventé.

MOSFET signifie transistor à effet de champ à oxyde métallique de silicium ou transistor à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique. Ceci est également appelé IGFET qui signifie transistor à effet de champ à grille isolée. Le FET fonctionne à la fois dans les modes de fonctionnement d'épuisement et d'amélioration. La figure suivante montre à quoi ressemble un MOSFET pratique.

Construction d'un MOSFET

La construction d'un MOSFET est un peu similaire à celle du FET. Une couche d'oxyde est déposée sur le substrat auquel la borne de grille est connectée. Cette couche d'oxyde agit comme un isolant (sio 2 isole du substrat), et par conséquent le MOSFET a un autre nom comme IGFET. Dans la construction du MOSFET, un substrat légèrement dopé, est diffusé avec une région fortement dopée. Selon le substrat utilisé, ils sont appelés commeP-type et N-type MOSFET.

La figure suivante montre la construction d'un MOSFET.

La tension à la grille contrôle le fonctionnement du MOSFET. Dans ce cas, des tensions positives et négatives peuvent être appliquées sur la grille car elle est isolée du canal. Avec une tension de polarisation de grille négative, il agit commedepletion MOSFET tandis qu'avec une tension de polarisation de grille positive, il agit comme un Enhancement MOSFET.

Classification des MOSFET

Selon le type de matériaux utilisés dans la construction et le type d'opération, les MOSFET sont classés comme dans la figure suivante.

Après la classification, passons en revue les symboles du MOSFET.

le N-channel MOSFETs sont simplement appelés comme NMOS. Les symboles du MOSFET à canal N sont indiqués ci-dessous.

le P-channel MOSFETs sont simplement appelés comme PMOS. Les symboles du MOSFET à canal P sont indiqués ci-dessous.

Passons maintenant en revue les détails de construction d'un MOSFET à canal N. Habituellement, un MOSFET NChannel est considéré pour l'explication car celui-ci est principalement utilisé. De plus, il n'est pas nécessaire de mentionner que l'étude d'un type explique aussi l'autre.

Construction d'un MOSFET à canal N

Considérons un MOSFET à canal N pour comprendre son fonctionnement. On prend un substrat de type P légèrement dopé dans lequel sont diffusées deux régions de type N fortement dopées, qui jouent le rôle de source et de drain. Entre ces deux régions N +, il se produit une diffusion pour former un canal N, reliant drain et source.

Une fine couche de Silicon dioxide (SiO2)se développe sur toute la surface et des trous sont faits pour dessiner des contacts ohmiques pour les bornes de drain et de source. Une couche conductrice dealuminum est posé sur tout le canal, sur ce SiO2couche de source au drain qui constitue la grille. leSiO2 substrate est connecté aux bornes communes ou de masse.

En raison de sa construction, le MOSFET a une surface de puce très inférieure à celle du BJT, qui représente 5% de l'occupation par rapport au transistor à jonction bipolaire. Cet appareil peut être utilisé en modes. Ce sont des modes d'épuisement et d'amélioration. Essayons d'entrer dans les détails.

Fonctionnement du MOSFET à canal N (mode d'épuisement)

Pour l'instant, nous avons une idée qu'il n'y a pas de jonction PN présente entre la porte et le canal, contrairement à un FET. On peut également observer que, le canal diffusé N (entre deux régions N +), leinsulating dielectric SiO2 et la couche métallique d'aluminium de la grille forment ensemble un parallel plate capacitor.

Si le NMOS doit fonctionner en mode d'appauvrissement, la borne de grille doit être au potentiel négatif tandis que le drain est au potentiel positif, comme illustré dans la figure suivante.

Lorsqu'aucune tension n'est appliquée entre la grille et la source, un certain courant circule en raison de la tension entre le drain et la source. Laissez une tension négative est appliquée àVGG. Ensuite, les porteurs minoritaires, c'est-à-dire les trous, sont attirés et s'installent à proximitéSiO2couche. Mais les porteurs majoritaires, c'est-à-dire les électrons, sont repoussés.

Avec une certaine quantité de potentiel négatif à VGG une certaine quantité de courant de drain IDs'écoule de la source vers le drain. Lorsque ce potentiel négatif est encore augmenté, les électrons s'épuisent et le courantIDdiminue. D'où le plus négatif appliquéVGG, plus la valeur du courant de drain est faible ID sera.

Le canal le plus proche du drain est plus épuisé qu'à la source (comme dans le FET) et le flux de courant diminue en raison de cet effet. Par conséquent, il est appelé MOSFET en mode de déplétion.

Fonctionnement du MOSFET à canal N (mode d'amélioration)

Le même MOSFET peut être travaillé en mode amélioration, si nous pouvons changer les polarités de la tension VGG. Alors, considérons le MOSFET avec une tension de source de grilleVGG étant positif comme le montre la figure suivante.

Lorsqu'aucune tension n'est appliquée entre la grille et la source, un certain courant circule en raison de la tension entre le drain et la source. Laissez une certaine tension positive est appliquée àVGG. Ensuite, les porteurs minoritaires, c'est-à-dire les trous, sont repoussés et les porteurs majoritaires, c'est-à-dire les électrons, sont attirés vers leSiO2 couche.

Avec un certain potentiel positif à VGG une certaine quantité de courant de drain IDs'écoule de la source vers le drain. Lorsque ce potentiel positif est encore augmenté, le courantID augmente en raison du flux d'électrons de la source et ceux-ci sont poussés plus loin en raison de la tension appliquée à VGG. D'où le plus positif appliquéVGG, plus la valeur du courant de drain IDsera. Le flux de courant est amélioré en raison de l'augmentation du flux d'électrons mieux qu'en mode d'épuisement. Par conséquent, ce mode est appeléEnhanced Mode MOSFET.

P - MOSFET de canal

La construction et le fonctionnement d'un PMOS sont identiques à ceux du NMOS. Un légèrement dopén-substrate est pris dans lequel deux fortement dopés P+ regionssont diffusés. Ces deux régions P + agissent comme source et drain. Une fine couche deSiO2est cultivé sur la surface. Des trous sont percés à travers cette couche pour établir des contacts avec les régions P +, comme illustré dans la figure suivante.

Fonctionnement du PMOS

Lorsque la borne de grille reçoit un potentiel négatif à VGG que la tension de la source de drain VDD, puis en raison des régions P + présentes, le courant de trou est augmenté à travers le canal P diffusé et le PMOS fonctionne en Enhancement Mode.

Lorsque la borne de porte reçoit un potentiel positif à VGG que la tension de la source de drain VDD, puis en raison de la répulsion, l'épuisement se produit en raison de laquelle le flux de courant diminue. Ainsi PMOS fonctionne enDepletion Mode. Bien que la construction diffère, le fonctionnement est similaire dans les deux types de MOSFET. Par conséquent, avec le changement de polarité de tension, les deux types peuvent être utilisés dans les deux modes.

Cela peut être mieux compris en ayant une idée sur la courbe des caractéristiques du drain.

Caractéristiques du drain

Les caractéristiques de drain d'un MOSFET sont tirées entre le courant de drain ID et la tension de la source de drain VDS. La courbe caractéristique est la suivante pour différentes valeurs d'entrées.

En fait, quand VDS est augmenté, le courant de drain ID devrait augmenter, mais en raison de l'application VGS, le courant de drain est contrôlé à un certain niveau. Par conséquent, le courant de grille contrôle le courant de drain de sortie.

Caractéristiques de transfert

Les caractéristiques de transfert définissent la variation de la valeur de VDS avec le changement de ID et VGSdans les deux modes d'épuisement et d'amélioration. La courbe caractéristique de transfert ci-dessous est dessinée pour le courant de drain par rapport à la tension grille-source.

Comparaison entre BJT, FET et MOSFET

Maintenant que nous avons discuté de tous les trois ci-dessus, essayons de comparer certaines de leurs propriétés.

TERMES BJT FET MOSFET
Type d'appareil Contrôlé en courant Tension contrôlée Contrôlé en tension
Flux de courant Bipolaire Unipolaire Unipolaire
Terminaux Non interchangeable Interchangeable Interchangeable
Modes de fonctionnement Aucun mode Mode d'épuisement uniquement Modes d'amélioration et d'épuisement
Impédance d'entrée Faible Haute Très haut
Résistance de sortie Modérer Modérer Faible
Vitesse opérationnelle Faible Modérer Haute
Bruit Haute Faible Faible
Stabilité thermique Faible Mieux Haute

Jusqu'à présent, nous avons discuté de divers composants électroniques et de leurs types ainsi que de leur construction et de leur fonctionnement. Tous ces composants ont diverses utilisations dans le domaine de l'électronique. Pour avoir une connaissance pratique de la manière dont ces composants sont utilisés dans les circuits pratiques, veuillez vous référer au tutoriel CIRCUITS ÉLECTRONIQUES.