Il transistor a effetto di campo a semiconduttore di ossido di metallo (MOSFET, MOS-FET o MOS FET) è un tipo di transistor a effetto di campo (FET), più comunemente fabbricato mediante l'ossidazione controllata del silicio. Ha un cancello isolato, la cui tensione determina la conduttività del dispositivo.
La sua caratteristica principale è che tra il gate metallico e il canale è presente uno strato isolante di biossido di silicio, quindi ha un'elevata resistenza di ingresso (fino a 1015Ω). È anche diviso in tubo a canale N e tubo a canale P. Di solito il substrato (substrato) e la sorgente S sono collegati insieme.
In base alle diverse modalità di conduzione, i MOSFET sono suddivisi in tipo di potenziamento e tipo di svuotamento.
Il cosiddetto tipo di miglioramento significa: quando VGS=0, il tubo è in uno stato di cut-off. Dopo aver aggiunto il VGS corretto, la maggior parte dei portanti viene attratta dal gate, "migliorando" così i portanti in quest'area e formando un canale conduttivo. .
La modalità di esaurimento significa che quando VGS=0 si forma un canale. Quando viene aggiunto il VGS corretto, la maggior parte dei portatori può fuoriuscire dal canale, "esaurindo" i portatori e spegnendo il tubo.
Distinguere il motivo: la resistenza di ingresso di JFET è superiore a 100 MΩ e la transconduttanza è molto elevata, quando il cancello è guidato, il campo magnetico dello spazio interno è molto facile da rilevare il segnale dei dati della tensione di lavoro sul cancello, in modo che la pipeline tenda a essere all'altezza, o tendenzialmente on-off. Se la tensione di induzione del corpo viene immediatamente aggiunta al cancello, poiché l'interferenza elettromagnetica chiave è forte, la situazione di cui sopra sarà più significativa. Se l'ago del misuratore si flette bruscamente verso sinistra, significa che la tubazione tende ad essere all'altezza, il resistore drain-source RDS si espande e la quantità di corrente drain-source IDS diminuisce. Al contrario, l'ago del misuratore devia bruscamente verso destra, indicando che la conduttura tende ad essere on-off, l'RDS scende e l'IDS sale. Tuttavia, la direzione esatta in cui viene deviato l'ago del misuratore dovrebbe dipendere dai poli positivo e negativo della tensione indotta (tensione di lavoro in direzione positiva o tensione di lavoro in direzione inversa) e dal punto medio di lavoro della tubazione.
MOSFET WINSOK DFN3x3
Prendendo come esempio il canale N, esso è realizzato su un substrato di silicio di tipo P con due regioni di diffusione di source N+ altamente drogate e regioni di diffusione di drain N+, e quindi l'elettrodo di source S e l'elettrodo di drain D vengono fatti uscire rispettivamente. La sorgente e il substrato sono collegati internamente e mantengono sempre lo stesso potenziale. Quando il drain è collegato al terminale positivo dell'alimentatore e la sorgente è collegata al terminale negativo dell'alimentatore e VGS=0, la corrente del canale (ovvero la corrente di drain) ID=0. Man mano che la VGS aumenta gradualmente, attratti dalla tensione di gate positiva, vengono indotti portatori minoritari caricati negativamente tra le due regioni di diffusione, formando un canale di tipo N dal drain alla source. Quando VGS è maggiore della tensione di accensione VTN del tubo (generalmente circa +2V), il tubo a canale N inizia a condurre, formando una corrente di drain ID.
VMOSFET (VMOSFET), il suo nome completo è MOSFET con scanalatura a V. Si tratta di un dispositivo di commutazione di potenza ad alta efficienza di nuova concezione basato su MOSFET. Non eredita solo l'elevata impedenza di ingresso del MOSFET (≥108 W), ma anche la piccola corrente di pilotaggio (circa 0,1μA). Presenta inoltre caratteristiche eccellenti come elevata tensione di resistenza (fino a 1200 V), ampia corrente operativa (1,5 A ~ 100 A), elevata potenza di uscita (1 ~ 250 W), buona linearità di transconduttanza e rapida velocità di commutazione. Proprio perché combina i vantaggi dei tubi a vuoto e dei transistor di potenza, viene ampiamente utilizzato negli amplificatori di tensione (l'amplificazione della tensione può raggiungere migliaia di volte), negli amplificatori di potenza, negli alimentatori a commutazione e negli inverter.
Come tutti sappiamo, gate, source e drain di un MOSFET tradizionale si trovano all'incirca sullo stesso piano orizzontale del chip e la sua corrente operativa scorre sostanzialmente in direzione orizzontale. Il tubo VMOS è diverso. Ha due caratteristiche strutturali principali: in primo luogo, il cancello metallico adotta una struttura scanalata a forma di V; in secondo luogo, ha conduttività verticale. Poiché il drain viene disegnato dalla parte posteriore del chip, l'ID non scorre orizzontalmente lungo il chip, ma inizia dalla regione N+ fortemente drogata (sorgente S) e fluisce nella regione di deriva N leggermente drogata attraverso il canale P. Infine, si estende verticalmente verso il basso per drenare D. Poiché l'area della sezione trasversale del flusso aumenta, possono passare grandi correnti. Poiché è presente uno strato isolante di biossido di silicio tra il gate e il chip, si tratta pur sempre di un MOSFET a gate isolato.
Vantaggi d'uso:
MOSFET è un elemento controllato in tensione, mentre il transistor è un elemento controllato in corrente.
I MOSFET dovrebbero essere utilizzati quando è consentito prelevare solo una piccola quantità di corrente dalla sorgente del segnale; i transistor dovrebbero essere utilizzati quando la tensione del segnale è bassa ed è possibile prelevare più corrente dalla sorgente del segnale. Il MOSFET utilizza i portatori maggioritari per condurre l'elettricità, quindi è chiamato dispositivo unipolare, mentre i transistor utilizzano sia i portatori maggioritari che quelli minoritari per condurre l'elettricità, quindi è chiamato dispositivo bipolare.
La sorgente e il drain di alcuni MOSFET possono essere utilizzati in modo intercambiabile e la tensione di gate può essere positiva o negativa, rendendoli più flessibili dei triodi.
Il MOSFET può funzionare in condizioni di corrente molto ridotta e tensione molto bassa e il suo processo di produzione può facilmente integrare molti MOSFET su un chip di silicio. Pertanto, il MOSFET è stato ampiamente utilizzato nei circuiti integrati su larga scala.
MOSFET SOT-23N di Olueky
Le rispettive caratteristiche applicative di MOSFET e transistor
1. La sorgente s, il gate g e il drain d del MOSFET corrispondono rispettivamente all'emettitore e, alla base b e al collettore c del transistor. Le loro funzioni sono simili.
2. MOSFET è un dispositivo di corrente controllato in tensione, iD è controllato da vGS e il suo coefficiente di amplificazione gm è generalmente piccolo, quindi la capacità di amplificazione del MOSFET è scarsa; il transistor è un dispositivo di corrente controllato in corrente e iC è controllato da iB (o iE).
3. Il gate del MOSFET non assorbe quasi corrente (ig»0); mentre la base del transistor assorbe sempre una certa corrente quando il transistor è in funzione. Pertanto, la resistenza di ingresso del gate del MOSFET è superiore alla resistenza di ingresso del transistor.
4. MOSFET è composto da multiportanti coinvolti nella conduzione; i transistor hanno due portanti, multiportanti e portanti minoritarie, coinvolte nella conduzione. La concentrazione dei portatori minoritari è fortemente influenzata da fattori quali la temperatura e le radiazioni. Pertanto, i MOSFET hanno una migliore stabilità alla temperatura e una maggiore resistenza alle radiazioni rispetto ai transistor. I MOSFET dovrebbero essere utilizzati laddove le condizioni ambientali (temperatura, ecc.) variano notevolmente.
5. Quando il metallo sorgente e il substrato del MOSFET sono collegati insieme, la sorgente e il drenaggio possono essere utilizzati in modo intercambiabile e le caratteristiche cambiano poco; mentre quando collettore ed emettitore del triodo vengono utilizzati in modo intercambiabile le caratteristiche sono molto diverse. Il valore β sarà ridotto molto.
6. Il coefficiente di rumore del MOSFET è molto piccolo. Il MOSFET dovrebbe essere utilizzato il più possibile nello stadio di ingresso di circuiti amplificatori a basso rumore e di circuiti che richiedono un elevato rapporto segnale-rumore.
7. Sia il MOSFET che il transistor possono formare vari circuiti amplificatori e circuiti di commutazione, ma il primo ha un processo di produzione semplice e presenta i vantaggi di un basso consumo energetico, una buona stabilità termica e un ampio intervallo di tensione di alimentazione operativa. Pertanto, è ampiamente utilizzato nei circuiti integrati su larga scala e su larga scala.
8. Il transistor ha una resistenza di conduzione elevata, mentre il MOSFET ha una resistenza di conduzione piccola, solo poche centinaia di mΩ. Negli attuali dispositivi elettrici, i MOSFET vengono generalmente utilizzati come interruttori e la loro efficienza è relativamente elevata.
MOSFET a incapsulamento WINSOK SOT-323
MOSFET e transistor bipolare
Il MOSFET è un dispositivo controllato in tensione e il gate praticamente non assorbe corrente, mentre un transistor è un dispositivo controllato in corrente e la base deve assorbire una determinata corrente. Pertanto, quando la corrente nominale della sorgente del segnale è estremamente ridotta, è necessario utilizzare MOSFET.
Il MOSFET è un conduttore multiportante, mentre entrambi i portanti di un transistor partecipano alla conduzione. Poiché la concentrazione di portatori minoritari è molto sensibile alle condizioni esterne come temperatura e radiazioni, il MOSFET è più adatto a situazioni in cui l'ambiente cambia notevolmente.
Oltre ad essere utilizzati come dispositivi amplificatori e interruttori controllabili come i transistor, i MOSFET possono essere utilizzati anche come resistori lineari variabili controllati dalla tensione.
La sorgente e il drain del MOSFET hanno una struttura simmetrica e possono essere utilizzati in modo intercambiabile. La tensione gate-source del MOSFET in modalità di esaurimento può essere positiva o negativa. Pertanto, l'utilizzo dei MOSFET è più flessibile rispetto ai transistor.
Orario di pubblicazione: 13 ottobre 2023
