ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กประเภทโลหะออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ (MOSFET, MOS-FET หรือ MOS FET) เป็นทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กประเภทหนึ่ง (FET) ซึ่งส่วนใหญ่ประดิษฐ์ขึ้นโดยการควบคุมออกซิเดชันของซิลิคอน มีประตูหุ้มฉนวนซึ่งแรงดันไฟฟ้าจะกำหนดค่าการนำไฟฟ้าของอุปกรณ์
คุณสมบัติหลักคือมีชั้นฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ระหว่างประตูโลหะและช่อง จึงมีความต้านทานอินพุตสูง (สูงถึง 1,015Ω) มันยังแบ่งออกเป็นหลอด N-channel และหลอด P-channel โดยปกติแล้ววัสดุพิมพ์ (วัสดุพิมพ์) และแหล่งกำเนิด S จะเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน
ตามโหมดการนำที่แตกต่างกัน MOSFET จะถูกแบ่งออกเป็นประเภทการปรับปรุงและประเภทการพร่อง
ประเภทการปรับปรุงที่เรียกว่า: เมื่อ VGS=0 ท่อจะอยู่ในสถานะตัดการเชื่อมต่อ หลังจากเพิ่ม VGS ที่ถูกต้องแล้ว ตัวพาหะส่วนใหญ่จะถูกดึงดูดไปที่เกต ซึ่งจะช่วย "เสริม" ตัวพาหะในบริเวณนี้และสร้างช่องทางนำไฟฟ้า -
โหมดพร่องหมายความว่าเมื่อ VGS=0 ช่องจะถูกสร้างขึ้น เมื่อเพิ่ม VGS ที่ถูกต้อง สารพาหะส่วนใหญ่สามารถไหลออกจากช่องได้ ซึ่งจะทำให้สารพาหะ "หมดลง" และปิดท่อ
แยกแยะเหตุผล: ความต้านทานอินพุตของ JFET มากกว่า 100MΩ และทรานส์คอนดักเตอร์สูงมาก เมื่อนำประตู สนามแม่เหล็กของพื้นที่ในอาคารจะตรวจจับสัญญาณข้อมูลแรงดันไฟฟ้าที่ทำงานบนประตูได้ง่ายมาก เพื่อให้ไปป์ไลน์มีแนวโน้มที่จะ ขึ้นอยู่กับหรือมีแนวโน้มที่จะเปิดปิด หากแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำของร่างกายถูกเพิ่มเข้ากับประตูทันที เนื่องจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่สำคัญมีความรุนแรง สถานการณ์ข้างต้นจะมีนัยสำคัญมากขึ้น หากเข็มมิเตอร์เบี่ยงไปทางซ้ายอย่างรวดเร็ว หมายความว่าไปป์ไลน์มีแนวโน้มที่จะขึ้นไปถึง RDS ตัวต้านทานของแหล่งเดรนจะขยาย และปริมาณของกระแสของแหล่งเดรนจะลดลง IDS ในทางกลับกัน เข็มมิเตอร์เบี่ยงไปทางขวาอย่างรวดเร็ว แสดงว่าท่อมีแนวโน้มที่จะเปิด-ปิด, RDS ลงไป และ IDS สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม ทิศทางที่แน่นอนในการเบี่ยงเบนเข็มมิเตอร์ควรขึ้นอยู่กับขั้วบวกและขั้วลบของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (แรงดันใช้งานในทิศทางบวกหรือแรงดันใช้งานในทิศทางย้อนกลับ) และจุดกึ่งกลางการทำงานของท่อ
WINSOK DFN3x3 มอสเฟต
จากตัวอย่างช่อง N มันถูกสร้างบนซับสเตรตซิลิกอนชนิด P ที่มีบริเวณการแพร่กระจายของแหล่งกำเนิดที่มีสารเจือสูงสองแห่งคือ N+ และบริเวณการแพร่กระจายของท่อระบายน้ำ N+ จากนั้นอิเล็กโทรดต้นทาง S และอิเล็กโทรดเดรน D จะถูกนำออกมาตามลำดับ แหล่งกำเนิดและวัสดุพิมพ์เชื่อมต่อกันภายใน และยังคงรักษาศักยภาพไว้เหมือนเดิมเสมอ เมื่อท่อระบายเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ และแหล่งจ่ายไฟเชื่อมต่อกับขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟและ VGS=0 กระแสของช่อง (เช่น กระแสระบาย) ID=0 เมื่อ VGS ค่อยๆ เพิ่มขึ้น โดยถูกดึงดูดโดยแรงดันเกตบวก พาหะรายย่อยที่มีประจุลบจะถูกเหนี่ยวนำระหว่างบริเวณการแพร่กระจายทั้งสอง ทำให้เกิดช่องชนิด N จากท่อระบายน้ำไปยังแหล่งกำเนิด เมื่อ VGS มากกว่าแรงดันไฟฟ้าเปิด VTN ของท่อ (โดยทั่วไปประมาณ +2V) ท่อ N-channel จะเริ่มดำเนินการ สร้าง ID กระแสเดรน
VMOSFET (VMOSFET) ชื่อเต็มคือ V-groove MOSFET เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งกำลังประสิทธิภาพสูงที่พัฒนาขึ้นใหม่หลังจาก MOSFET ไม่เพียงสืบทอดอิมพีแดนซ์อินพุตสูงของ MOSFET (≥108W) เท่านั้น แต่ยังสืบทอดกระแสไฟขับเล็กน้อย (ประมาณ 0.1μA) อีกด้วย นอกจากนี้ยังมีคุณลักษณะที่ยอดเยี่ยม เช่น แรงดันไฟฟ้าทนสูง (สูงถึง 1200V), กระแสไฟทำงานขนาดใหญ่ (1.5A ~ 100A), กำลังเอาต์พุตสูง (1 ~ 250W), ความเป็นเส้นตรงของทรานส์คอนดักเตอร์ที่ดี และความเร็วในการสลับที่รวดเร็ว เนื่องจากเป็นการรวมข้อดีของหลอดสุญญากาศและทรานซิสเตอร์กำลังเข้าด้วยกัน จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องขยายแรงดันไฟฟ้า (การขยายแรงดันไฟฟ้าสามารถเข้าถึงได้หลายพันครั้ง) เครื่องขยายกำลัง เครื่องจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง และอินเวอร์เตอร์
ดังที่เราทุกคนทราบกันดีว่าเกต แหล่งกำเนิด และการระบายของ MOSFET แบบดั้งเดิมนั้นอยู่บนระนาบแนวนอนเดียวกันบนชิป และกระแสไฟที่ใช้งานโดยทั่วไปจะไหลไปในทิศทางแนวนอน หลอด VMOS นั้นแตกต่างกัน มีลักษณะโครงสร้างที่สำคัญสองประการ: ประการแรก ประตูโลหะใช้โครงสร้างร่องรูปตัววี ประการที่สอง มีค่าการนำไฟฟ้าในแนวตั้ง เนื่องจากท่อระบายถูกดึงมาจากด้านหลังของชิป ID จึงไม่ไหลในแนวนอนไปตามชิป แต่เริ่มต้นจากบริเวณ N+ ที่ถูกเจืออย่างหนัก (แหล่งที่มา S) และไหลลงสู่บริเวณ N-drift ที่มีการเจือเล็กน้อยผ่านช่อง P สุดท้ายจะไหลลงมาในแนวตั้งเพื่อระบาย D เนื่องจากพื้นที่หน้าตัดของการไหลเพิ่มขึ้น กระแสน้ำขนาดใหญ่จึงสามารถไหลผ่านได้ เนื่องจากมีชั้นฉนวนซิลิกอนไดออกไซด์ระหว่างเกทและชิป จึงยังคงเป็น MOSFET เกทที่หุ้มฉนวน
ข้อดีของการใช้งาน:
MOSFET เป็นองค์ประกอบที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่ทรานซิสเตอร์เป็นองค์ประกอบที่ควบคุมในปัจจุบัน
ควรใช้ MOSFET เมื่อกระแสไฟเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ได้รับอนุญาตให้ดึงจากแหล่งสัญญาณ ควรใช้ทรานซิสเตอร์เมื่อแรงดันสัญญาณต่ำและอนุญาตให้ดึงกระแสไฟฟ้าจากแหล่งสัญญาณได้มากขึ้น MOSFET ใช้พาหะส่วนใหญ่เพื่อนำไฟฟ้า ดังนั้นจึงเรียกว่าอุปกรณ์แบบยูนิโพลาร์ ในขณะที่ทรานซิสเตอร์ใช้ทั้งพาหะส่วนใหญ่และพาหะส่วนน้อยในการนำไฟฟ้า ดังนั้นจึงเรียกว่าอุปกรณ์ไบโพลาร์
แหล่งกำเนิดและการระบายของ MOSFET บางตัวสามารถใช้สลับกันได้ และแรงดันเกตอาจเป็นค่าบวกหรือลบ ทำให้พวกมันมีความยืดหยุ่นมากกว่าไตรโอด
MOSFET สามารถทำงานภายใต้สภาวะกระแสไฟที่น้อยมากและแรงดันไฟฟ้าต่ำมากและกระบวนการผลิตของ MOSFET จำนวนมากสามารถรวม MOSFET จำนวนมากเข้ากับชิปซิลิคอนได้อย่างง่ายดาย ดังนั้น MOSFET จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรรวมขนาดใหญ่
Olueky SOT-23N มอสเฟต
ลักษณะการใช้งานตามลำดับของ MOSFET และทรานซิสเตอร์
1. แหล่งกำเนิด s, เกท g และเดรน d ของ MOSFET สอดคล้องกับตัวปล่อย e, ฐาน b และตัวสะสม c ของทรานซิสเตอร์ตามลำดับ หน้าที่ของมันคล้ายกัน
2. MOSFET เป็นอุปกรณ์กระแสไฟที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า iD ถูกควบคุมโดย vGS และค่าสัมประสิทธิ์การขยาย gm โดยทั่วไปมีขนาดเล็ก ดังนั้นความสามารถในการขยายของ MOSFET จึงไม่ดี ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ควบคุมกระแสไฟ และ iC ถูกควบคุมโดย iB (หรือ iE)
3. ประตู MOSFET แทบไม่ดึงกระแสเลย (ig»0); ในขณะที่ฐานของทรานซิสเตอร์จะดึงกระแสที่แน่นอนเสมอเมื่อทรานซิสเตอร์ทำงาน ดังนั้นความต้านทานอินพุตเกตของ MOSFET จึงสูงกว่าความต้านทานอินพุตของทรานซิสเตอร์
4. MOSFET ประกอบด้วยหลายผู้ให้บริการที่เกี่ยวข้องกับการนำ ทรานซิสเตอร์มีพาหะสองตัว คือ มัลติพาริเออร์ และพาหะรายย่อย ที่เกี่ยวข้องกับการนำไฟฟ้า ความเข้มข้นของพาหะรายย่อยได้รับผลกระทบอย่างมากจากปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิและการแผ่รังสี ดังนั้น MOSFET จึงมีเสถียรภาพด้านอุณหภูมิที่ดีกว่าและต้านทานการแผ่รังสีได้ดีกว่าทรานซิสเตอร์ ควรใช้ MOSFET ในสภาวะแวดล้อม (อุณหภูมิ ฯลฯ) ที่แตกต่างกันอย่างมาก
5. เมื่อเชื่อมต่อโลหะต้นทางและพื้นผิวของ MOSFET เข้าด้วยกัน แหล่งที่มาและท่อระบายน้ำสามารถใช้แทนกันได้ และลักษณะจะเปลี่ยนไปเล็กน้อย ในขณะที่เมื่อใช้ตัวสะสมและตัวปล่อยของไตรโอดแทนกัน ลักษณะจะแตกต่างกันมาก ค่า β จะลดลงมาก
6. ค่าสัมประสิทธิ์เสียงของ MOSFET มีขนาดเล็กมาก ควรใช้ MOSFET ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในระยะอินพุตของวงจรเครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำและวงจรที่ต้องการอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนสูง
7. ทั้ง MOSFET และทรานซิสเตอร์สามารถสร้างวงจรแอมพลิฟายเออร์และวงจรสวิตชิ่งได้หลากหลาย แต่แบบแรกมีกระบวนการผลิตที่เรียบง่ายและมีข้อดีคือใช้พลังงานต่ำ มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี และช่วงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟในการทำงานที่กว้าง ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรรวมขนาดใหญ่และขนาดใหญ่มาก
8. ทรานซิสเตอร์มีความต้านทานออนสูง ในขณะที่ MOSFET มีความต้านทานออนต่ำ เพียงไม่กี่ร้อย mΩ ในอุปกรณ์ไฟฟ้าในปัจจุบัน โดยทั่วไป MOSFET จะถูกใช้เป็นสวิตช์ และประสิทธิภาพของมันค่อนข้างสูง
WINSOK SOT-323 MOSFET แบบห่อหุ้ม
MOSFET กับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์
MOSFET เป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า และโดยพื้นฐานแล้วเกตจะไม่ใช้กระแสไฟฟ้า ในขณะที่ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมกระแสไฟฟ้า และฐานจะต้องรับกระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่ง ดังนั้น เมื่อกระแสพิกัดของแหล่งสัญญาณมีขนาดเล็กมาก ควรใช้ MOSFET
MOSFET เป็นตัวนำที่มีหลายพาหะ ในขณะที่พาหะทั้งสองของทรานซิสเตอร์มีส่วนร่วมในการนำ เนื่องจากความเข้มข้นของพาหะรายย่อยนั้นไวต่อสภาวะภายนอก เช่น อุณหภูมิและการแผ่รังสี MOSFET จึงเหมาะสมกว่าสำหรับสถานการณ์ที่สภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงอย่างมาก
นอกจากจะใช้เป็นอุปกรณ์ขยายสัญญาณและสวิตช์ที่ควบคุมได้ เช่น ทรานซิสเตอร์ แล้ว MOSFET ยังสามารถใช้เป็นตัวต้านทานเชิงเส้นแบบแปรผันที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้อีกด้วย
แหล่งกำเนิดและการระบายของ MOSFET มีโครงสร้างสมมาตรและสามารถใช้สลับกันได้ แรงดันไฟฟ้าเกต-แหล่งที่มาของโหมดพร่อง MOSFET อาจเป็นค่าบวกหรือค่าลบ ดังนั้นการใช้ MOSFET จึงมีความยืดหยุ่นมากกว่าทรานซิสเตอร์
เวลาโพสต์: 13 ต.ค.-2023
