MOSFET ทำงานอย่างไร

หลักการทำงานของ MOSFET ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์และผลกระทบของสนามไฟฟ้าเป็นหลัก ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับวิธีการทำงานของ MOSFET:

 

I. โครงสร้างพื้นฐานของ MOSFET

MOSFET ประกอบด้วยเกต (G), แหล่งกำเนิด (S), เดรน (D) และซับสเตรต (B ซึ่งบางครั้งเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดเพื่อสร้างอุปกรณ์สามเทอร์มินัล) ใน MOSFET ที่มีการเพิ่มประสิทธิภาพ N-channel สารตั้งต้นมักจะเป็นวัสดุซิลิกอนชนิด P-doped ต่ำซึ่งมีการประดิษฐ์บริเวณประเภท N-type ที่มีสารเจือสูงสองแห่งเพื่อทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำตามลำดับ พื้นผิวของซับสเตรตประเภท P ถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์บางมาก (ซิลิคอนไดออกไซด์) เป็นชั้นฉนวน และอิเล็กโทรดจะถูกดึงออกมาเป็นประตู โครงสร้างนี้ทำให้เกตเป็นฉนวนจากซับสเตรตเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P, ท่อระบายและแหล่งกำเนิด และเรียกอีกอย่างว่าท่อเอฟเฟกต์ฟิลด์เกตแบบหุ้มฉนวน

ครั้งที่สอง หลักการทำงาน

MOSFET ทำงานโดยใช้แรงดันแหล่งเกต (VGS) เพื่อควบคุมกระแสเดรน (ID) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดเกตบวกที่ใช้ (VGS) มากกว่าศูนย์ สนามไฟฟ้าบวกด้านบนและลบด้านล่างจะปรากฏบนชั้นออกไซด์ด้านล่างเกต สนามไฟฟ้านี้ดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระในบริเวณ P ทำให้พวกมันสะสมอยู่ใต้ชั้นออกไซด์ ขณะเดียวกันก็ป้องกันรูในบริเวณ P เมื่อ VGS เพิ่มขึ้น ความแรงของสนามไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น และความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระที่ดึงดูดจะเพิ่มขึ้น เมื่อ VGS ถึงแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์ที่กำหนด (VT) ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระที่รวมตัวกันในบริเวณนั้นจะมีขนาดใหญ่พอที่จะสร้างบริเวณประเภท N ใหม่ (N-channel) ซึ่งทำหน้าที่เหมือนสะพานที่เชื่อมต่อท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิด ณ จุดนี้ หากมีแรงดันไฟฟ้าขับเคลื่อน (VDS) อยู่ระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิด ID กระแสท่อระบายน้ำจะเริ่มไหล

ที่สาม การก่อตัวและการเปลี่ยนแปลงช่องทางการนำ

การก่อตัวของช่องทางนำไฟฟ้าเป็นกุญแจสำคัญในการทำงานของ MOSFET เมื่อ VGS มากกว่า VT จะมีการสร้างช่องนำไฟฟ้าขึ้น และ ID กระแสเดรนจะได้รับผลกระทบจากทั้ง VGS และ VDS VGS ส่งผลต่อ ID โดยการควบคุมความกว้างและรูปร่างของช่องนำไฟฟ้า ในขณะที่ VDS ส่งผลต่อ ID โดยตรงตามแรงดันไฟฟ้าในการขับขี่ สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าหากไม่มีการสร้างช่องนำไฟฟ้า (เช่น VGS น้อยกว่า VT) แม้ว่าจะมี VDS ก็ตาม ID กระแสเดรนจะไม่ปรากฏ

IV. ลักษณะของ MOSFET

ความต้านทานอินพุตสูง:อิมพีแดนซ์อินพุตของ MOSFET นั้นสูงมาก ใกล้กับค่าอนันต์ เนื่องจากมีชั้นฉนวนระหว่างเกตและบริเวณแหล่งเดรน และมีเพียงกระแสเกตที่อ่อนเท่านั้น

ความต้านทานเอาต์พุตต่ำ:MOSFET เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าซึ่งกระแสไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ดังนั้นความต้านทานเอาต์พุตจึงมีน้อย

การไหลคงที่:เมื่อทำงานในบริเวณความอิ่มตัว กระแสของ MOSFET จะไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดันแหล่งจ่าย-เดรน ทำให้กระแสคงที่ดีเยี่ยม

 

เสถียรภาพอุณหภูมิที่ดี:MOSFET มีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้างตั้งแต่ -55°C ถึงประมาณ +150°C

V. การใช้งานและการจำแนกประเภท

MOSFET ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรดิจิตอล วงจรอนาล็อก วงจรไฟฟ้า และสาขาอื่นๆ ตามประเภทของการดำเนินการ MOSFET สามารถจำแนกได้เป็นประเภทการเพิ่มประสิทธิภาพและการพร่อง ตามประเภทของช่องตัวนำสามารถจำแนกได้เป็น N-channel และ P-channel MOSFET ประเภทต่างๆ เหล่านี้มีข้อดีของตัวเองในสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน

โดยสรุป หลักการทำงานของ MOSFET คือการควบคุมการก่อตัวและการเปลี่ยนแปลงของช่องนำไฟฟ้าผ่านแรงดันแหล่งจ่ายเกต ซึ่งจะควบคุมการไหลของกระแสเดรนตามลำดับ อิมพีแดนซ์อินพุตสูง อิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำ กระแสคงที่และความเสถียรของอุณหภูมิ ทำให้ MOSFET เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์