Explicación detallada del diagrama del principio de funcionamiento de MOSFET | Análisis de la estructura interna de FET

MOSFET es uno de los componentes más básicos de la industria de los semiconductores. En circuitos electrónicos, MOSFET se usa generalmente en circuitos amplificadores de potencia o circuitos de fuente de alimentación conmutados y se usa ampliamente. Abajo,OLUKEYLe dará una explicación detallada del principio de funcionamiento de MOSFET y analizará la estructura interna de MOSFET.

Qué esMOSFET

MOSFET, Transistor de efecto de archivo semiconductor de óxido metálico (MOSFET). Es un transistor de efecto de campo que puede usarse ampliamente en circuitos analógicos y circuitos digitales. Según la diferencia de polaridad de su "canal" (portadora de trabajo), se puede dividir en dos tipos: "tipo N" y "tipo P", que a menudo se denominan NMOS y PMOS.

Principio de funcionamiento MOSFET

MOSFET se puede dividir en tipo de mejora y tipo de agotamiento según el modo de trabajo. El tipo de mejora se refiere al MOSFET cuando no se aplica voltaje de polarización y no hay conexión.canal ductivo. El tipo de agotamiento se refiere al MOSFET cuando no se aplica voltaje de polarización. Aparecerá un canal conductor.

En aplicaciones reales, solo existen MOSFET de tipo mejora de canal N y de tipo mejora de canal P. Dado que los NMOSFET tienen una pequeña resistencia en estado activo y son fáciles de fabricar, NMOS es más común que PMOS en aplicaciones reales.

Modo de mejora MOSFET

Hay dos uniones PN consecutivas entre el drenaje D y la fuente S del MOSFET en modo de mejora. Cuando el voltaje de la puerta-fuente VGS = 0, incluso si se agrega el voltaje de la fuente de drenaje VDS, siempre hay una unión PN en un estado de polarización inversa y no hay ningún canal conductor entre el drenaje y la fuente (no fluye corriente). ). Por lo tanto, la corriente de drenaje ID=0 en este momento.

En este momento, si se agrega voltaje directo entre la puerta y la fuente. Es decir, VGS>0, entonces se generará un campo eléctrico con la puerta alineada con el sustrato de silicio tipo P en la capa aislante de SiO2 entre el electrodo de puerta y el sustrato de silicio. Debido a que la capa de óxido es aislante, el voltaje VGS aplicado a la puerta no puede producir corriente. Se genera un condensador en ambos lados de la capa de óxido y el circuito equivalente VGS carga este condensador (condensador). Y genera un campo eléctrico, mientras VGS sube lentamente, atraído por el voltaje positivo de la puerta. Una gran cantidad de electrones se acumulan en el otro lado de este condensador (condensador) y crean un canal conductor tipo N desde el drenaje hasta la fuente. Cuando VGS excede el voltaje de encendido VT del tubo (generalmente alrededor de 2 V), el tubo de canal N simplemente comienza a conducir, generando una corriente de drenaje ID. Llamamos voltaje puerta-fuente cuando el canal comienza a generar el voltaje de encendido. Generalmente expresado como VT.

Controlar el tamaño del voltaje de la puerta VGS cambia la fuerza o debilidad del campo eléctrico, y se puede lograr el efecto de controlar el tamaño de la corriente de drenaje ID. Esta también es una característica importante de los MOSFET que utilizan campos eléctricos para controlar la corriente, por lo que también se les llama transistores de efecto de campo.

Estructura interna MOSFET

Sobre un sustrato de silicio tipo P con una baja concentración de impurezas, se crean dos regiones N+ con una alta concentración de impurezas y se extraen dos electrodos de aluminio metálico para que sirvan como drenaje d y fuente s respectivamente. Luego, la superficie del semiconductor se cubre con una capa aislante extremadamente delgada de dióxido de silicio (SiO2) y se instala un electrodo de aluminio en la capa aislante entre el drenaje y la fuente para que sirva como puerta g. También se extrae un electrodo B sobre el sustrato, formando un MOSFET en modo de mejora de canal N. Lo mismo ocurre con la formación interna de MOSFET de tipo mejora del canal P.

Símbolos de circuito MOSFET de canal N y MOSFET de canal P

La imagen de arriba muestra el símbolo del circuito de MOSFET. En la imagen, D es el drenaje, S es la fuente, G es la puerta y la flecha en el medio representa el sustrato. Si la flecha apunta hacia adentro, indica un MOSFET de canal N, y si la flecha apunta hacia afuera, indica un MOSFET de canal P.

Símbolos de circuito MOSFET de canal N dual, MOSFET de canal P dual y MOSFET de canal N+P

De hecho, durante el proceso de fabricación del MOSFET, el sustrato se conecta a la fuente antes de salir de fábrica. Por lo tanto, en las reglas de simbología, el símbolo de flecha que representa el sustrato también debe estar conectado a la fuente para distinguir el drenaje y la fuente. La polaridad del voltaje utilizado por MOSFET es similar a la de nuestro transistor tradicional. El canal N es similar a un transistor NPN. El drenaje D está conectado al electrodo positivo y la fuente S está conectada al electrodo negativo. Cuando la puerta G tiene un voltaje positivo, se forma un canal conductor y el MOSFET de canal N comienza a funcionar. De manera similar, el canal P es similar a un transistor PNP. El drenaje D está conectado al electrodo negativo, la fuente S está conectada al electrodo positivo y cuando la puerta G tiene un voltaje negativo, se forma un canal conductor y el MOSFET del canal P comienza a funcionar.

Principio de pérdida de conmutación MOSFET

Ya sea NMOS o PMOS, se genera una resistencia interna de conducción después de encenderlo, de modo que la corriente consumirá energía en esta resistencia interna. Esta parte de la energía consumida se denomina consumo de conducción. Seleccionar un MOSFET con una pequeña resistencia interna de conducción reducirá efectivamente el consumo de conducción. La resistencia interna actual de los MOSFET de baja potencia es generalmente de alrededor de decenas de miliohmios, y también hay varios miliohmios.

Cuando MOS se enciende y termina, no debe realizarse en un instante. El voltaje en ambos lados del MOS tendrá una disminución efectiva y la corriente que fluye a través de él aumentará. Durante este período, la pérdida del MOSFET es el producto del voltaje y la corriente, que es la pérdida de conmutación. En términos generales, las pérdidas por conmutación son mucho mayores que las pérdidas por conducción, y cuanto más rápida sea la frecuencia de conmutación, mayores serán las pérdidas.

El producto del voltaje y la corriente en el momento de la conducción es muy grande, lo que resulta en pérdidas muy grandes. Las pérdidas por conmutación se pueden reducir de dos maneras. Uno es reducir el tiempo de conmutación, lo que puede reducir efectivamente la pérdida durante cada encendido; el otro es reducir la frecuencia de conmutación, lo que puede reducir la cantidad de conmutaciones por unidad de tiempo.

Lo anterior es una explicación detallada del diagrama de principio de funcionamiento de MOSFET y un análisis de la estructura interna de MOSFET. Para obtener más información sobre MOSFET, bienvenido a consultar a OLUKEY para brindarle soporte técnico MOSFET.