Temel Elektronik - MOSFET
FET'lerin yüksek drenaj direnci, orta düzeyde giriş empedansı ve daha yavaş çalışma gibi birkaç dezavantajı vardır. Bu dezavantajların üstesinden gelmek için gelişmiş bir FET olan MOSFET icat edilmiştir.
MOSFET, Metal Oksit Silikon Alan Etkili Transistör veya Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkili Transistör anlamına gelir. Bu aynı zamanda Yalıtılmış Kapı Alan Etkili Transistör anlamına gelen IGFET olarak da adlandırılır. FET, hem tükenme hem de geliştirme operasyon modlarında çalıştırılır. Aşağıdaki şekil pratik bir MOSFET'in nasıl göründüğünü göstermektedir.
Bir MOSFET inşası
Bir MOSFET'in yapımı, FET'e biraz benzer. Kapı terminalinin bağlandığı alt tabaka üzerinde bir oksit tabakası biriktirilir. Bu oksit tabakası bir yalıtkan görevi görür ( alt tabakadan sio 2 yalıtır) ve dolayısıyla MOSFET'in IGFET olarak başka bir adı vardır. Hafif katkılı bir substrat olan MOSFET'in yapımında, yoğun katkılı bir bölge ile yayılır. Kullanılan alt tabakaya bağlı olarak,P-type ve N-type MOSFET'ler.
Aşağıdaki şekil bir MOSFET'in yapısını göstermektedir.
Kapıdaki voltaj MOSFET'in çalışmasını kontrol eder. Bu durumda kanaldan yalıtıldığı için geçide hem pozitif hem de negatif voltajlar uygulanabilir. Negatif geçit önyargı voltajı ile,depletion MOSFET pozitif geçit öngerilimi gerilimi ile bir Enhancement MOSFET.
MOSFET'lerin Sınıflandırılması
İnşaatta kullanılan malzemelerin türüne ve operasyon türüne bağlı olarak, MOSFET'ler aşağıdaki şekilde sınıflandırılır.
Sınıflandırmadan sonra MOSFET'in sembollerine geçelim.
N-channel MOSFETs basitçe şöyle adlandırılır NMOS. N-kanal MOSFET için semboller aşağıda verilmiştir.
P-channel MOSFETs basitçe şöyle adlandırılır PMOS. P-kanal MOSFET için semboller aşağıda verilmiştir.
Şimdi, bir N-kanallı MOSFET'in yapısal detaylarından geçelim. Bu çoğunlukla kullanıldığı için genellikle bir NChannel MOSFET açıklama için düşünülür. Ayrıca, bir türdeki çalışmanın diğerini de açıkladığını belirtmeye gerek yoktur.
N-Kanal MOSFET İnşaatı
Çalışmasını anlamak için bir N-kanallı MOSFET'i düşünelim. Hafif katkılı bir P-tipi substrat alınır ve bu substrat içine, kaynak ve drenaj görevi gören iki yüksek katkılı N-tipi bölgenin yayıldığıdır. Bu iki N + bölgesi arasında, dren ve kaynağı bağlayan bir Nkanal oluşturmak için difüzyon meydana gelir.
İnce bir tabaka Silicon dioxide (SiO2)tüm yüzey boyunca büyütülür ve drenaj ve kaynak terminalleri için omik kontaklar çekmek için delikler açılır. İletken bir katmanaluminum tüm kanalın üzerine serilir, bunun üzerine SiO2Kapıyı oluşturan kaynaktan drenaja katman. SiO2 substrate ortak veya toprak terminallerine bağlanır.
Yapısı nedeniyle, MOSFET, bipolar bağlantı transistörüne kıyasla doluluk oranının% 5'i olan BJT'den çok daha az yonga alanına sahiptir. Bu cihaz modlarda çalıştırılabilir. Tükenme ve geliştirme modlarıdır. Ayrıntılara girmeye çalışalım.
N - Kanalın Çalışması (tükenme modu) MOSFET
Şimdilik, bir FET'den farklı olarak, bunda geçit ve kanal arasında PN bağlantısının bulunmadığına dair bir fikrimiz var. Ayrıca, dağınık N kanalının (iki N + bölgesi arasında),insulating dielectric SiO2 ve kapının alüminyum metal tabakası birlikte bir parallel plate capacitor.
NMOS'un tükenme modunda çalışması gerekiyorsa, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi boşaltma pozitif potansiyelde iken geçit terminali negatif potansiyelde olmalıdır.
Kapı ile kaynak arasında voltaj uygulanmadığında, boşaltma ve kaynak arasındaki voltaj nedeniyle bir miktar akım geçer. Bir miktar negatif voltajın uygulanmasına izin verinVGG. Sonra azınlık taşıyıcıları, yani delikler, çekilir ve yakınına yerleşir.SiO2katman. Ancak çoğunluk taşıyıcılar, yani elektronlar itilir.
Bir miktar negatif potansiyel ile VGG belirli bir miktar boşaltma akımı IDkaynak yoluyla drenaja akar. Bu negatif potansiyel daha da arttığında, elektronlar tükenir ve akımIDazalır. Bu nedenle uygulanan daha olumsuzVGG, boşaltma akımının değeri ne kadar düşükse ID olacak.
Drenaja yakın olan kanal, kaynaktan (FET'deki gibi) daha fazla tükenir ve bu etkiden dolayı akım akışı azalır. Bu nedenle, tükenme modu MOSFET olarak adlandırılır.
N-Channel MOSFET'in Çalışması (Geliştirme Modu)
Gerilimin kutuplarını değiştirebilirsek, aynı MOSFET geliştirme modunda çalıştırılabilir. VGG. Öyleyse, MOSFET'i kapı kaynağı voltajı ile düşünelimVGG aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi pozitiftir.
Kapı ile kaynak arasında voltaj uygulanmadığında, boşaltma ve kaynak arasındaki voltaj nedeniyle bir miktar akım geçer. Bir miktar pozitif voltajın uygulanmasına izin verinVGG. Daha sonra azınlık taşıyıcılar, yani delikler itilir ve çoğunluk taşıyıcılar, yani elektronlar,SiO2 katman.
Bir miktar pozitif potansiyel ile VGG belirli bir miktar boşaltma akımı IDkaynak yoluyla drenaja akar. Bu pozitif potansiyel daha da arttığında, mevcutID Kaynaktan elektron akışı nedeniyle artar ve bunlar, uygulanan voltaj nedeniyle daha da itilir. VGG. Bu nedenle uygulanan daha olumluVGG, boşaltma akımının değeri o kadar fazla IDolacak. Akım akışı, elektron akışındaki artıştan dolayı tükenme moduna göre daha iyi artar. Bu nedenle bu mod şu şekilde adlandırılır:Enhanced Mode MOSFET.
P - Kanal MOSFET
Bir PMOS'un yapımı ve çalışması NMOS ile aynıdır. Hafifçe katkılın-substrate hangi ikisinin ağır doping yaptığı P+ regionsdağınık. Bu iki P + bölgesi kaynak ve tahliye görevi görür. İnce bir tabakaSiO2yüzey üzerinde büyür. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi P + bölgeleri ile temas kurmak için bu katman boyunca delikler kesilir.
PMOS'un Çalışması
Kapı terminaline bir negatif potansiyel verildiğinde VGG drenaj kaynağı voltajından daha VDD, daha sonra mevcut P + bölgeleri nedeniyle, dağınık P kanalı boyunca delik akımı artar ve PMOS, Enhancement Mode.
Kapı terminaline pozitif bir potansiyel verildiğinde VGG drenaj kaynağı voltajından daha VDD, daha sonra itme nedeniyle, akım akışının azalması nedeniyle tükenme meydana gelir. Böylece PMOS,Depletion Mode. Yapı farklı olsa da, çalışma her iki MOSFET türünde de benzerdir. Dolayısıyla, voltaj polaritesindeki değişiklik ile her iki tip de her iki modda da kullanılabilir.
Bu, boşaltma özellikleri eğrisi hakkında bir fikir edinerek daha iyi anlaşılabilir.
Drenaj Özellikleri
Bir MOSFET'in boşaltma özellikleri, boşaltma akımı arasında çizilir ID ve boşaltma kaynağı voltajı VDS. Karakteristik eğri, farklı girdi değerleri için aşağıda gösterildiği gibidir.
Aslında ne zaman VDS artar, boşaltma akımı ID artmalı, ancak uygulanan VGSdrenaj akımı belirli bir seviyede kontrol edilir. Bu nedenle kapı akımı, çıkış boşaltma akımını kontrol eder.
Transfer Özellikleri
Transfer özellikleri, değerindeki değişikliği tanımlar VDS değişim ile ID ve VGShem tükenme hem de geliştirme modlarında. Aşağıdaki transfer karakteristik eğrisi, geçitten kaynak gerilimine karşı boşaltma akımı için çizilir.
BJT, FET ve MOSFET arasında karşılaştırma
Şimdi yukarıdaki üçünün hepsini tartıştığımıza göre, bazı özelliklerini karşılaştırmaya çalışalım.
| ŞARTLAR | BJT | FET | MOSFET |
|---|---|---|---|
| Cihaz tipi | Akım kontrollü | Voltaj kontrollü | Voltaj Kontrollü |
| Akım akışı | Bipolar | Tek kutuplu | Tek kutuplu |
| Terminaller | Değiştirilemez | Değiştirilebilir | Değiştirilebilir |
| Operasyonel modlar | Mod yok | Yalnızca tükenme modu | Hem Geliştirme hem de Tükenme modları |
| Giriş empedansı | Düşük | Yüksek | Çok yüksek |
| Çıkış direnci | Orta | Orta | Düşük |
| Operasyonel hız | Düşük | Orta | Yüksek |
| gürültü, ses | Yüksek | Düşük | Düşük |
| Termal kararlılık | Düşük | Daha iyi | Yüksek |
Şimdiye kadar, çeşitli elektronik bileşenleri ve türlerini, yapıları ve çalışmaları ile birlikte tartıştık. Tüm bu bileşenlerin elektronik alanında çeşitli kullanımları vardır. Bu bileşenlerin pratik devrelerde nasıl kullanıldığı hakkında pratik bilgi sahibi olmak için, lütfen ELEKTRONİK DEVRELER eğitimine bakın.