ความเข้าใจพื้นฐานของ MOSFET

MOSFET ย่อมาจาก Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบสามขั้วที่ใช้เอฟเฟกต์สนามไฟฟ้าเพื่อควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้า ด้านล่างนี้เป็นภาพรวมพื้นฐานของ MOSFET:

1. ความหมายและการจำแนกประเภท

- คำจำกัดความ: MOSFET เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ควบคุมช่องนำไฟฟ้าระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิดโดยการเปลี่ยนแรงดันเกต ประตูถูกหุ้มฉนวนจากแหล่งกำเนิดและระบายออกด้วยชั้นของวัสดุฉนวน (โดยทั่วไปคือซิลิคอนไดออกไซด์) ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามประตูที่หุ้มฉนวน

- การจำแนกประเภท: MOSFET ถูกจำแนกตามประเภทของช่องนำไฟฟ้าและผลกระทบของแรงดันเกต:

- MOSFET แบบ N-channel และ P-channel: ขึ้นอยู่กับประเภทของช่องนำไฟฟ้า

- MOSFET ในโหมดเพิ่มประสิทธิภาพและโหมดพร่อง: ขึ้นอยู่กับอิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าเกตที่มีต่อช่องสัญญาณที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ดังนั้น MOSFET จึงถูกแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: โหมดการเพิ่มประสิทธิภาพ N-channel, โหมดพร่อง N-channel, โหมดการเพิ่มประสิทธิภาพ P-channel และโหมดพร่อง P-channel

2. โครงสร้างและหลักการทำงาน

- โครงสร้าง: MOSFET ประกอบด้วยองค์ประกอบพื้นฐานสามส่วน: เกต (G), เดรน (D) และแหล่งที่มา (S) บนพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการเจือเล็กน้อย แหล่งกำเนิดที่มีการเจือปนสูงและบริเวณท่อระบายจะถูกสร้างขึ้นผ่านเทคนิคการประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์ บริเวณเหล่านี้ถูกแยกออกจากกันด้วยชั้นฉนวนซึ่งมีอิเล็กโทรดเกทอยู่ด้านบน

- หลักการทำงาน: ยกตัวอย่าง MOSFET โหมดเพิ่มประสิทธิภาพ N-channel เมื่อแรงดันเกตเป็นศูนย์ จะไม่มีช่องทางนำไฟฟ้าระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิด ดังนั้นจึงไม่มีกระแสไหลได้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกตเพิ่มขึ้นถึงเกณฑ์ที่กำหนด (เรียกว่า "แรงดันไฟฟ้าเปิด" หรือ "แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์") ชั้นฉนวนใต้เกตจะดึงดูดอิเล็กตรอนจากซับสเตรตเพื่อสร้างชั้นผกผัน (ชั้นบางชนิด N) การสร้างช่องทางนำไฟฟ้า ช่วยให้กระแสไหลระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิด ความกว้างของช่องนำไฟฟ้านี้และด้วยเหตุนี้กระแสเดรนจึงถูกกำหนดโดยขนาดของแรงดันไฟฟ้าเกต

3. ลักษณะสำคัญ

- ความต้านทานอินพุตสูง: เนื่องจากเกตถูกหุ้มฉนวนจากแหล่งกำเนิดและระบายออกโดยชั้นฉนวน ความต้านทานอินพุตของ MOSFET จึงสูงมาก ทำให้เหมาะสำหรับวงจรที่มีอิมพีแดนซ์สูง

- เสียงรบกวนต่ำ: MOSFET สร้างเสียงรบกวนค่อนข้างต่ำระหว่างการทำงาน ทำให้เหมาะสำหรับวงจรที่ต้องการเสียงรบกวนที่เข้มงวด

- เสถียรภาพทางความร้อนที่ดี: MOSFET มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม และสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลาย

- การใช้พลังงานต่ำ: MOSFET ใช้พลังงานน้อยมากทั้งในสถานะเปิดและปิด ทำให้เหมาะสำหรับวงจรที่ใช้พลังงานต่ำ

- ความเร็วในการสลับสูง: เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า MOSFET จึงให้ความเร็วในการสลับที่รวดเร็ว ทำให้เหมาะสำหรับวงจรความถี่สูง

4. พื้นที่ใช้งาน

MOSFET ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงจรรวม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง อุปกรณ์สื่อสาร และคอมพิวเตอร์ โดยทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในวงจรขยาย วงจรสวิตชิ่ง วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้า และอื่นๆ ช่วยให้ใช้งานฟังก์ชันต่างๆ ได้ เช่น การขยายสัญญาณ การควบคุมสวิตช์ และการรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้า

โดยสรุป MOSFET เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่จำเป็นซึ่งมีโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์และคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม มีบทบาทสำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ในหลายสาขา