Cómo funcionan los MOSFET

El principio de funcionamiento de MOSFET se basa principalmente en sus propiedades estructurales únicas y sus efectos de campo eléctrico. La siguiente es una explicación detallada de cómo funcionan los MOSFET:

I. Estructura básica de MOSFET

Un MOSFET consta principalmente de una compuerta (G), una fuente (S), un drenaje (D) y un sustrato (B, a veces conectado a la fuente para formar un dispositivo de tres terminales). En los MOSFET de mejora de canal N, el sustrato suele ser un material de silicio de tipo P poco dopado sobre el cual se fabrican dos regiones de tipo N altamente dopado para que sirvan como fuente y drenaje, respectivamente. La superficie del sustrato tipo P se cubre con una película de óxido muy delgada (dióxido de silicio) como capa aislante y se dibuja un electrodo como puerta. Esta estructura hace que la puerta esté aislada del sustrato semiconductor tipo P, el drenaje y la fuente y, por lo tanto, también se denomina tubo de efecto de campo de puerta aislada.

II. Principio de funcionamiento

Los MOSFET funcionan utilizando el voltaje de fuente de puerta (VGS) para controlar la corriente de drenaje (ID). Específicamente, cuando el voltaje de la fuente de compuerta positiva aplicada, VGS, es mayor que cero, aparecerá un campo eléctrico positivo superior y negativo inferior en la capa de óxido debajo de la compuerta. Este campo eléctrico atrae electrones libres en la región P, lo que hace que se acumulen debajo de la capa de óxido, mientras repele los agujeros en la región P. A medida que aumenta VGS, aumenta la intensidad del campo eléctrico y aumenta la concentración de electrones libres atraídos. Cuando VGS alcanza un cierto voltaje umbral (VT), la concentración de electrones libres reunidos en la región es lo suficientemente grande como para formar una nueva región de tipo N (canal N), que actúa como un puente que conecta el drenaje y la fuente. En este punto, si existe un cierto voltaje de conducción (VDS) entre el drenaje y la fuente, la corriente de drenaje ID comienza a fluir.

III. Formación y cambio de canal conductor.

La formación del canal conductor es la clave para el funcionamiento del MOSFET. Cuando VGS es mayor que VT, se establece el canal conductor y la corriente de drenaje ID se ve afectada tanto por VGS como por VDS. VGS afecta a ID al controlar el ancho y la forma del canal conductor, mientras que VDS afecta a ID directamente como voltaje de conducción. Es importante tener en cuenta que si el canal conductor no está establecido (es decir, VGS es menor que VT), incluso si VDS está presente, el ID de corriente de drenaje no aparece.

IV. Características de los MOSFET

Alta impedancia de entrada:La impedancia de entrada del MOSFET es muy alta, cercana al infinito, porque hay una capa aislante entre la puerta y la región fuente-drenaje y solo una corriente de puerta débil.

Baja impedancia de salida:Los MOSFET son dispositivos controlados por voltaje en los que la corriente fuente-drenaje puede cambiar con el voltaje de entrada, por lo que su impedancia de salida es pequeña.

Flujo constante:Cuando se opera en la región de saturación, la corriente del MOSFET prácticamente no se ve afectada por los cambios en el voltaje fuente-drenaje, lo que proporciona una corriente constante excelente.

Buena estabilidad de temperatura:Los MOSFET tienen un amplio rango de temperaturas de funcionamiento desde -55°C hasta aproximadamente +150°C.

V. Aplicaciones y clasificaciones

Los MOSFET se utilizan ampliamente en circuitos digitales, circuitos analógicos, circuitos de potencia y otros campos. Según el tipo de operación, los MOSFET se pueden clasificar en tipos de mejora y agotamiento; Según el tipo de canal conductor, se pueden clasificar en canal N y canal P. Estos diferentes tipos de MOSFET tienen sus propias ventajas en diferentes escenarios de aplicación.

En resumen, el principio de funcionamiento de MOSFET es controlar la formación y el cambio del canal conductor a través del voltaje de la fuente de compuerta, que a su vez controla el flujo de corriente de drenaje. Su alta impedancia de entrada, baja impedancia de salida, corriente constante y estabilidad de temperatura hacen de los MOSFET un componente importante en los circuitos electrónicos.