Elektronika Dasar - MOSFET
FET memiliki beberapa kelemahan seperti resistansi drain yang tinggi, impedansi input sedang, dan operasi yang lebih lambat. Untuk mengatasi kelemahan ini, diciptakan MOSFET yang merupakan FET tingkat lanjut.
MOSFET adalah singkatan dari Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor atau Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Ini juga disebut sebagai IGFET yang berarti Transistor Efek Medan Gerbang Terisolasi. FET dioperasikan dalam mode operasi penipisan dan peningkatan. Gambar berikut menunjukkan bagaimana MOSFET praktis terlihat.
Pembangunan MOSFET
Konstruksi MOSFET agak mirip dengan FET. Lapisan oksida diendapkan pada substrat yang dihubungkan dengan terminal gerbang. Lapisan oksida ini bertindak sebagai insulator (sio 2 mengisolasi dari substrat), dan karenanya MOSFET memiliki nama lain sebagai IGFET. Dalam konstruksi MOSFET, substrat dengan kotoran ringan, tersebar dengan daerah yang sangat dikotori. Tergantung pada media yang digunakan, mereka disebut sebagaiP-type dan N-type MOSFET.
Gambar berikut menunjukkan konstruksi MOSFET.
Tegangan di gerbang mengontrol pengoperasian MOSFET. Dalam hal ini, tegangan positif dan negatif dapat diterapkan di gerbang karena diisolasi dari saluran. Dengan tegangan bias gerbang negatif, ia bertindak sebagaidepletion MOSFET sedangkan dengan tegangan bias gerbang positif itu bertindak sebagai Enhancement MOSFET.
Klasifikasi MOSFET
Tergantung pada jenis bahan yang digunakan dalam konstruksi, dan jenis operasi, MOSFET diklasifikasikan seperti pada gambar berikut.
Setelah klasifikasi, mari kita lihat simbol-simbol MOSFET.
Itu N-channel MOSFETs hanya disebut sebagai NMOS. Simbol untuk MOSFET N-channel adalah seperti yang diberikan di bawah ini.
Itu P-channel MOSFETs hanya disebut sebagai PMOS. Simbol untuk MOSFET saluran-P adalah seperti yang diberikan di bawah ini.
Sekarang, mari kita lihat detail konstruksi MOSFET saluran-N. Biasanya MOSFET NChannel dianggap sebagai penjelasan karena yang ini paling banyak digunakan. Juga, tidak perlu disebutkan bahwa studi tentang satu jenis menjelaskan jenis lainnya juga.
Pembangunan MOSFET N- Channel
Mari kita pertimbangkan MOSFET N-channel untuk memahami cara kerjanya. Substrat tipe-P yang dikotori ringan dimasukkan ke dalam dua wilayah tipe-N yang dikotori berat disebarkan, yang bertindak sebagai sumber dan saluran. Di antara dua wilayah N + ini, terjadi difusi membentuk Nchannel, menghubungkan drain dan source.
Lapisan tipis Silicon dioxide (SiO2)ditanam di seluruh permukaan dan dibuat lubang untuk menarik kontak ohmik untuk saluran pembuangan dan terminal sumber. Lapisan konduktoraluminum diletakkan di atas seluruh saluran, di atas ini SiO2lapisan dari sumber ke saluran yang merupakan pintu gerbang. ItuSiO2 substrate terhubung ke terminal umum atau ground.
Karena konstruksinya, MOSFET memiliki luas chip yang sangat sedikit dibandingkan BJT, yaitu 5% dari hunian jika dibandingkan dengan transistor junction bipolar. Perangkat ini dapat dioperasikan dalam mode. Mereka adalah mode penipisan dan peningkatan. Mari kita coba masuk ke detailnya.
Bekerja dari N - Channel (mode deplesi) MOSFET
Untuk saat ini, kami memiliki gagasan bahwa tidak ada persimpangan PN antara gerbang dan saluran dalam hal ini, tidak seperti FET. Kita juga dapat mengamati bahwa, saluran N yang tersebar (antara dua daerah N +), theinsulating dielectric SiO2 dan lapisan logam aluminium dari gerbang tersebut bersama-sama membentuk a parallel plate capacitor.
Jika NMOS harus bekerja dalam mode deplesi, terminal gerbang harus berada pada potensial negatif sementara drain pada potensial positif, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Ketika tidak ada tegangan yang diterapkan antara gerbang dan sumber, beberapa arus mengalir karena tegangan antara saluran dan sumber. Biarkan beberapa tegangan negatif diterapkan padaVGG. Kemudian pembawa minoritas yaitu lubang, tertarik dan menetap di dekatSiO2lapisan. Tetapi pembawa mayoritas, yaitu elektron ditolak.
Dengan sejumlah potensi negatif di VGG sejumlah arus drain IDmengalir melalui sumber ke saluran. Ketika potensial negatif ini dinaikkan lebih lanjut, elektron akan terkuras dan arusIDmenurun. Oleh karena itu, semakin negatif yang diterapkanVGG, semakin rendah nilai arus drain ID akan.
Saluran yang lebih dekat ke drain menjadi lebih habis daripada di sumbernya (seperti di FET) dan aliran arus berkurang karena efek ini. Oleh karena itu ini disebut sebagai mode deplesi MOSFET.
Cara Kerja MOSFET N-Channel (Mode Peningkatan)
MOSFET yang sama dapat bekerja dalam mode peningkatan, jika kita dapat mengubah polaritas tegangan VGG. Jadi, mari kita pertimbangkan MOSFET dengan tegangan sumber gerbangVGG menjadi positif seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Ketika tidak ada tegangan yang diterapkan antara gerbang dan sumber, beberapa arus mengalir karena tegangan antara saluran dan sumber. Biarkan beberapa tegangan positif diterapkan padaVGG. Kemudian pembawa minoritas yaitu lubang, ditolak dan pembawa mayoritas yaitu elektron tertarik ke arah tersebutSiO2 lapisan.
Dengan sejumlah potensi positif di VGG sejumlah arus drain IDmengalir melalui sumber ke saluran. Ketika potensi positif ini ditingkatkan lebih jauh, arusnyaID meningkat karena aliran elektron dari sumber dan ini didorong lebih jauh karena tegangan yang diterapkan pada VGG. Karenanya semakin positif diterapkanVGG, semakin besar nilai arus drain IDakan. Aliran arus meningkat karena peningkatan aliran elektron lebih baik daripada dalam mode deplesi. Karenanya mode ini disebut sebagaiEnhanced Mode MOSFET.
P - Saluran MOSFET
Konstruksi dan cara kerja PMOS sama dengan NMOS. Doping ringann-substrate dibawa ke mana dua didoping berat P+ regionstersebar. Kedua wilayah P + ini berperan sebagai sumber dan saluran. Lapisan tipisSiO2tumbuh di atas permukaan. Lubang dipotong melalui lapisan ini untuk membuat kontak dengan daerah P +, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Bekerja dari PMOS
Ketika terminal gerbang diberi potensi negatif pada VGG dari tegangan sumber drain VDD, kemudian karena adanya daerah P +, arus lubang meningkat melalui saluran P yang tersebar dan PMOS bekerja Enhancement Mode.
Ketika terminal gerbang diberi potensi positif pada VGG dari tegangan sumber drain VDD, kemudian karena tolakan, penipisan terjadi karena aliran arus berkurang. Dengan demikian PMOS bekerjaDepletion Mode. Meskipun konstruksinya berbeda, cara kerjanya serupa di kedua jenis MOSFET. Karenanya dengan perubahan polaritas tegangan, kedua tipe dapat digunakan di kedua mode.
Ini dapat lebih dipahami dengan memiliki gagasan tentang kurva karakteristik saluran.
Karakteristik Tiriskan
Karakteristik drainase MOSFET ditarik di antara arus drain ID dan tegangan sumber drain VDS. Kurva karakteristik seperti yang ditunjukkan di bawah ini untuk nilai input yang berbeda.
Sebenarnya kapan VDS meningkat, arus drain ID harus meningkat, tetapi karena diterapkan VGS, arus drain dikontrol pada level tertentu. Oleh karena itu arus gerbang mengontrol arus keluaran drain.
Karakteristik Transfer
Karakteristik transfer menentukan perubahan nilai VDS dengan perubahan ID dan VGSdalam mode penipisan dan peningkatan. Kurva karakteristik transfer di bawah ini digambar untuk arus drain versus gerbang ke tegangan sumber.
Perbandingan antara BJT, FET dan MOSFET
Sekarang kita telah membahas ketiganya di atas, mari kita coba membandingkan beberapa propertinya.
| PERSYARATAN | BJT | FET | MOSFET |
|---|---|---|---|
| Tipe perangkat | Terkontrol saat ini | Tegangan dikontrol | Tegangan Terkendali |
| Aliran arus | Bipolar | Unipolar | Unipolar |
| Terminal | Tidak bisa dipertukarkan | Dapat dipertukarkan | Dapat dipertukarkan |
| Mode operasional | Tidak ada mode | Mode penipisan saja | Baik mode Enhancement dan Depletion |
| Impedansi masukan | Rendah | Tinggi | Sangat tinggi |
| Resistensi keluaran | Moderat | Moderat | Rendah |
| Kecepatan operasional | Rendah | Moderat | Tinggi |
| Kebisingan | Tinggi | Rendah | Rendah |
| Stabilitas termal | Rendah | Lebih baik | Tinggi |
Sejauh ini, kita telah membahas berbagai komponen elektronik dan tipenya beserta konstruksi dan cara kerjanya. Semua komponen ini memiliki kegunaan yang beragam di bidang elektronika. Untuk memiliki pengetahuan praktis tentang bagaimana komponen ini digunakan dalam rangkaian praktis, silakan merujuk ke tutorial SIRKUIT ELEKTRONIK.