Transistor efek medan semikonduktor oksida logam (MOSFET, MOS-FET, atau MOS FET) adalah jenis transistor efek medan (FET), paling sering dibuat dengan oksidasi silikon terkontrol. Ini memiliki gerbang berinsulasi, yang tegangannya menentukan konduktivitas perangkat.
Fitur utamanya adalah terdapat lapisan isolasi silikon dioksida antara gerbang logam dan saluran, sehingga memiliki resistansi masukan yang tinggi (hingga 1015Ω). Ini juga dibagi menjadi tabung saluran-N dan tabung saluran-P. Biasanya substrat (substrat) dan sumber S dihubungkan bersama.
Menurut mode konduksi yang berbeda, MOSFET dibagi menjadi tipe peningkatan dan tipe penipisan.
Yang disebut tipe peningkatan berarti: ketika VGS=0, tabung berada dalam kondisi terputus. Setelah menambahkan VGS yang benar, sebagian besar pembawa tertarik ke gerbang, sehingga "meningkatkan" pembawa di area ini dan membentuk saluran konduktif. .
Mode deplesi berarti ketika VGS=0, sebuah saluran terbentuk. Ketika VGS yang benar ditambahkan, sebagian besar pembawa dapat mengalir keluar dari saluran, sehingga “menghabiskan” pembawa dan mematikan tabung.
Bedakan alasannya: resistansi masukan JFET lebih dari 100MΩ, dan transkonduktansinya sangat tinggi, ketika gerbang dipimpin, medan magnet ruang dalam ruangan sangat mudah untuk mendeteksi sinyal data tegangan kerja pada gerbang, sehingga pipa cenderung sampai, atau cenderung on-off. Jika tegangan induksi tubuh segera ditambahkan ke gerbang, karena interferensi elektromagnetik kuncinya kuat, situasi di atas akan menjadi lebih signifikan. Jika jarum meter membelok tajam ke kiri berarti pipa cenderung naik, resistor RDS sumber saluran mengembang, dan besar arus sumber saluran menurun IDS. Sebaliknya jarum meter membelok tajam ke kanan yang menandakan pipa cenderung on-off, RDS turun, dan IDS naik. Namun, arah yang tepat di mana jarum meter dibelokkan harus bergantung pada kutub positif dan negatif dari tegangan induksi (tegangan kerja arah positif atau tegangan kerja arah sebaliknya) dan titik tengah kerja pipa.
WINSOK DFN3x3 MOSFET
Mengambil saluran N sebagai contoh, saluran tersebut dibuat pada substrat silikon tipe P dengan dua daerah difusi sumber yang sangat terdoping N+ dan daerah difusi saluran N+, dan kemudian elektroda sumber S dan elektroda saluran D dikeluarkan masing-masing. Sumber dan substrat terhubung secara internal, dan keduanya selalu mempertahankan potensi yang sama. Ketika saluran pembuangan dihubungkan ke terminal positif catu daya dan sumber dihubungkan ke terminal negatif catu daya dan VGS=0, arus saluran (yaitu arus pembuangan) ID=0. Ketika VGS secara bertahap meningkat, tertarik oleh tegangan gerbang positif, pembawa minoritas bermuatan negatif diinduksi antara dua daerah difusi, membentuk saluran tipe-N dari saluran ke sumber. Ketika VGS lebih besar dari tegangan penyalaan VTN tabung (umumnya sekitar +2V), tabung saluran-N mulai bekerja, membentuk ID arus pembuangan.
VMOSFET (VMOSFET), nama lengkapnya adalah V-groove MOSFET. Ini adalah perangkat pengalih daya efisiensi tinggi yang baru dikembangkan setelah MOSFET. Ini tidak hanya mewarisi impedansi masukan MOSFET yang tinggi (≥108W), tetapi juga arus penggerak yang kecil (sekitar 0,1μA). Ia juga memiliki karakteristik yang sangat baik seperti tegangan tahan tinggi (hingga 1200V), arus operasi besar (1,5A ~ 100A), daya keluaran tinggi (1 ~ 250W), linearitas transkonduktansi yang baik, dan kecepatan peralihan yang cepat. Justru karena menggabungkan keunggulan tabung vakum dan transistor daya, ia banyak digunakan dalam penguat tegangan (amplifikasi tegangan bisa mencapai ribuan kali), penguat daya, catu daya switching, dan inverter.
Seperti kita ketahui bersama, gerbang, sumber, dan saluran pembuangan MOSFET tradisional kira-kira berada pada bidang horizontal yang sama pada chip, dan arus operasinya pada dasarnya mengalir dalam arah horizontal. Tabung VMOS berbeda. Ia memiliki dua fitur struktural utama: pertama, gerbang logam mengadopsi struktur alur berbentuk V; kedua, ia memiliki konduktivitas vertikal. Karena saluran diambil dari bagian belakang chip, ID tidak mengalir secara horizontal di sepanjang chip, namun dimulai dari wilayah N+ yang didoping berat (sumber S) dan mengalir ke wilayah drift N yang didoping ringan melalui saluran P. Akhirnya, mengalir secara vertikal ke bawah hingga mengalirkan D. Karena luas penampang aliran bertambah, arus besar dapat melewatinya. Karena terdapat lapisan isolasi silikon dioksida antara gerbang dan chip, ini masih merupakan MOSFET gerbang terisolasi.
Keuntungan penggunaan:
MOSFET adalah elemen pengatur tegangan, sedangkan transistor adalah elemen pengatur arus.
MOSFET harus digunakan ketika hanya sejumlah kecil arus yang boleh diambil dari sumber sinyal; transistor harus digunakan ketika tegangan sinyal rendah dan lebih banyak arus dapat diambil dari sumber sinyal. MOSFET menggunakan pembawa mayoritas untuk menghantarkan listrik, sehingga disebut perangkat unipolar, sedangkan transistor menggunakan pembawa mayoritas dan pembawa minoritas untuk menghantarkan listrik, sehingga disebut perangkat bipolar.
Sumber dan saluran pada beberapa MOSFET dapat digunakan secara bergantian, dan tegangan gerbang dapat positif atau negatif, menjadikannya lebih fleksibel daripada trioda.
MOSFET dapat beroperasi dalam kondisi arus yang sangat kecil dan tegangan yang sangat rendah, dan proses pembuatannya dapat dengan mudah mengintegrasikan banyak MOSFET pada chip silikon. Oleh karena itu, MOSFET telah banyak digunakan pada sirkuit terpadu skala besar.
MOSFET Olueky SOT-23N
Karakteristik aplikasi masing-masing MOSFET dan transistor
1. Sumber s, gerbang g, dan saluran d dari MOSFET masing-masing berhubungan dengan emitor e, basis b, dan kolektor c dari transistor. Fungsinya serupa.
2. MOSFET adalah perangkat arus yang dikontrol tegangan, iD dikendalikan oleh vGS, dan koefisien amplifikasinya gm umumnya kecil, sehingga kemampuan amplifikasi MOSFET buruk; transistor adalah perangkat arus yang dikendalikan arus, dan iC dikendalikan oleh iB (atau iE).
3. Gerbang MOSFET hampir tidak menarik arus (ig»0); sedangkan basis transistor selalu menarik arus tertentu pada saat transistor bekerja. Oleh karena itu, resistansi masukan gerbang MOSFET lebih tinggi daripada resistansi masukan transistor.
4. MOSFET terdiri dari multicarrier yang terlibat dalam konduksi; transistor memiliki dua pembawa, multicarrier dan pembawa minoritas, yang terlibat dalam konduksi. Konsentrasi pembawa minoritas sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti suhu dan radiasi. Oleh karena itu, MOSFET memiliki stabilitas suhu yang lebih baik dan ketahanan radiasi yang lebih kuat dibandingkan transistor. MOSFET harus digunakan ketika kondisi lingkungan (suhu, dll.) sangat bervariasi.
5. Ketika logam sumber dan substrat MOSFET dihubungkan bersama, sumber dan saluran dapat digunakan secara bergantian, dan karakteristiknya sedikit berubah; sedangkan ketika kolektor dan emitor dari triode digunakan secara bergantian, karakteristiknya sangat berbeda. Nilai β akan berkurang banyak.
6. Koefisien kebisingan MOSFET sangat kecil. MOSFET harus digunakan sebanyak mungkin pada tahap input rangkaian penguat kebisingan rendah dan rangkaian yang memerlukan rasio signal-to-noise tinggi.
7. Baik MOSFET maupun transistor dapat membentuk berbagai rangkaian penguat dan rangkaian switching, namun proses pembuatannya sederhana dan memiliki keunggulan konsumsi daya yang rendah, stabilitas termal yang baik, dan rentang tegangan catu daya pengoperasian yang luas. Oleh karena itu, ini banyak digunakan dalam sirkuit terpadu berskala besar dan berskala sangat besar.
8. Transistor memiliki resistansi on yang besar, sedangkan MOSFET memiliki resistansi on yang kecil, hanya beberapa ratus mΩ. Pada perangkat listrik saat ini, MOSFET umumnya digunakan sebagai saklar, dan efisiensinya relatif tinggi.
MOSFET enkapsulasi WINSOK SOT-323
MOSFET vs Transistor Bipolar
MOSFET adalah perangkat yang dikontrol tegangannya, dan gerbangnya pada dasarnya tidak menerima arus, sedangkan transistor adalah perangkat yang dikontrol arusnya, dan basisnya harus menerima arus tertentu. Oleh karena itu, ketika arus pengenal sumber sinyal sangat kecil, MOSFET harus digunakan.
MOSFET adalah konduktor multi-pembawa, sedangkan kedua pembawa transistor berpartisipasi dalam konduksi. Karena konsentrasi pembawa minoritas sangat sensitif terhadap kondisi eksternal seperti suhu dan radiasi, MOSFET lebih cocok untuk situasi dimana lingkungan sangat berubah.
Selain digunakan sebagai perangkat penguat dan sakelar yang dapat dikontrol seperti transistor, MOSFET juga dapat digunakan sebagai resistor linier variabel yang dikontrol tegangan.
Sumber dan saluran MOSFET memiliki struktur simetris dan dapat digunakan secara bergantian. Tegangan sumber gerbang dari mode deplesi MOSFET bisa positif atau negatif. Oleh karena itu, penggunaan MOSFET lebih fleksibel dibandingkan transistor.
Waktu posting: 13 Oktober 2023
