МОП-транзистор является одним из основных компонентов полупроводниковой промышленности. В электронных схемах МОП-транзисторы обычно используются в схемах усилителей мощности или схемах импульсных источников питания и широко используются. Ниже,ОЛУКЕЙдаст вам подробное объяснение принципа работы MOSFET и проанализирует внутреннюю структуру MOSFET.
Что такоеМОП-транзистор
MOSFET, металлооксидно-полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET). Это полевой транзистор, который может широко использоваться в аналоговых и цифровых схемах. По разнице полярности его «канала» (рабочей несущей) его можно разделить на два типа: «N-тип» и «P-тип», которые часто называют NMOS и PMOS.
Принцип работы МОП-транзистора
MOSFET можно разделить на тип улучшения и тип истощения в зависимости от режима работы. Тип улучшения относится к МОП-транзистору, когда напряжение смещения не приложено и нет помех.проводящий канал. Тип истощения относится к МОП-транзистору, когда напряжение смещения не приложено. Появится проводящий канал.
В реальных приложениях существуют только МОП-транзисторы с усилением N-канала и МОП-транзисторы с усилением P-канала. Поскольку NMOSFET имеют небольшое сопротивление в открытом состоянии и просты в изготовлении, NMOS более распространен в реальных приложениях, чем PMOS.
Режим улучшения MOSFET
Между стоком D и истоком S полевого МОП-транзистора расширенного режима имеются два встречных PN-перехода. Когда напряжение затвор-исток VGS=0, даже если добавляется напряжение сток-исток VDS, всегда существует PN-переход в обратносмещенном состоянии, и нет проводящего канала между стоком и истоком (никакой ток не течет). ). Следовательно, ток стока ID=0 в это время.
В это время, если между затвором и истоком добавляется прямое напряжение. То есть, VGS>0, тогда в изолирующем слое SiO2 между электродом затвора и кремниевой подложкой будет генерироваться электрическое поле с затвором, совмещенным с кремниевой подложкой P-типа. Поскольку оксидный слой является изолирующим, напряжение VGS, приложенное к затвору, не может создавать ток. С обеих сторон оксидного слоя генерируется конденсатор, и схема замещения ВГС заряжает этот конденсатор (конденсатор). И создайте электрическое поле, поскольку VGS медленно поднимается, притягиваясь положительным напряжением затвора. Большое количество электронов скапливается на другой стороне этого конденсатора (конденсатора) и создает проводящий канал N-типа от стока к истоку. Когда VGS превышает напряжение включения лампы VT (обычно около 2 В), N-канальная лампа просто начинает проводить ток, генерируя ток стока ID. Мы называем напряжением затвор-исток, когда канал впервые начинает генерировать напряжение включения. Обычно выражается как VT.
Управление величиной напряжения затвора VGS изменяет силу или слабость электрического поля, и может быть достигнут эффект управления величиной тока стока ID. Это также важная особенность МОП-транзисторов, которые используют электрические поля для управления током, поэтому их еще называют полевым транзистором.
Внутренняя структура МОП-транзистора
На кремниевой подложке P-типа с низкой концентрацией примеси выполнены две области N+ с высокой концентрацией примеси и вытянуты два электрода из металлического алюминия, служащие стоком d и истоком s соответственно. Затем поверхность полупроводника покрывают чрезвычайно тонким изолирующим слоем диоксида кремния (SiO2), а на изолирующий слой между стоком и истоком устанавливают алюминиевый электрод, служащий затвором g. Электрод B также вытягивается на подложку, образуя N-канальный МОП-транзистор расширенного режима. То же самое справедливо и для внутреннего формирования МОП-транзисторов с расширением P-канала.
Обозначения схемы N-канального МОП-транзистора и P-канального МОП-транзистора
На рисунке выше показан символ схемы MOSFET. На рисунке D — сток, S — исток, G — затвор, а стрелка посередине представляет собой подложку. Если стрелка указывает внутрь, это указывает на N-канальный МОП-транзистор, а если стрелка указывает наружу, это указывает на P-канальный МОП-транзистор.
Обозначения схемы двойного N-канального МОП-транзистора, двойного P-канального МОП-транзистора и N+P-канального МОП-транзистора
Фактически, в процессе производства МОП-транзистора подложка подключается к источнику перед отправкой с завода. Следовательно, в правилах символики символ стрелки, обозначающий подложку, также должен быть соединен с источником, чтобы различать сток и источник. Полярность напряжения, используемого MOSFET, аналогична нашему традиционному транзистору. N-канал аналогичен NPN-транзистору. Сток D соединен с положительным электродом, а исток S — с отрицательным электродом. Когда на затворе G появляется положительное напряжение, образуется проводящий канал и N-канальный МОП-транзистор начинает работать. Точно так же P-канал похож на PNP-транзистор. Сток D соединяется с отрицательным электродом, исток S соединяется с положительным электродом, и когда на затворе G появляется отрицательное напряжение, образуется проводящий канал и P-канальный МОП-транзистор начинает работать.
Принцип потерь при переключении MOSFET
Будь то NMOS или PMOS, после включения возникает внутреннее сопротивление проводимости, так что ток будет потреблять энергию на этом внутреннем сопротивлении. Эта часть потребляемой энергии называется потреблением проводимости. Выбор МОП-транзистора с небольшим внутренним сопротивлением проводимости позволит эффективно снизить потребление проводимости. Текущее внутреннее сопротивление МОП-транзисторов малой мощности обычно составляет около десятков миллиом, а также несколько миллиом.
Когда MOS включается и отключается, это не должно происходить мгновенно. Напряжение на обеих сторонах МОП будет эффективно уменьшаться, а ток, протекающий через него, увеличиваться. В течение этого периода потери МОП-транзистора являются произведением напряжения и тока, что является потерями переключения. Вообще говоря, потери переключения намного больше, чем потери проводимости, и чем выше частота переключения, тем больше потери.
Произведение напряжения и тока в момент проводимости очень велико, что приводит к очень большим потерям. Потери на переключение можно уменьшить двумя способами. Один из них — сократить время переключения, что может эффективно снизить потери при каждом включении; другой — уменьшить частоту переключений, что может уменьшить количество переключений в единицу времени.
Выше приведено подробное объяснение схемы принципа работы МОП-транзистора и анализ внутренней структуры МОП-транзистора. Чтобы узнать больше о MOSFET, обратитесь в компанию OLUKEY, чтобы предоставить вам техническую поддержку MOSFET!
Время публикации: 16 декабря 2023 г.
