MOSFET'ler nasıl çalışır?

MOSFET'in çalışma prensibi esas olarak benzersiz yapısal özelliklerine ve elektrik alan etkilerine dayanmaktadır. Aşağıda MOSFET'lerin nasıl çalıştığına dair ayrıntılı bir açıklama bulunmaktadır:

 

I. MOSFET'in temel yapısı

Bir MOSFET esas olarak bir kapı (G), bir kaynak (S), bir drenaj (D) ve bir alt tabakadan (B, bazen üç terminalli bir cihaz oluşturmak üzere kaynağa bağlanan) oluşur. N-kanalı geliştirme MOSFET'lerinde, substrat genellikle düşük katkılı bir P-tipi silikon malzemedir ve üzerinde sırasıyla kaynak ve drenaj görevi görecek şekilde iki yüksek katkılı N-tipi bölge üretilir. P tipi alt tabakanın yüzeyi, yalıtım katmanı olarak çok ince bir oksit film (silikon dioksit) ile kaplanır ve geçit olarak bir elektrot çizilir. Bu yapı, geçidi P-tipi yarı iletken alt tabakadan, drenajdan ve kaynaktan yalıtılmış hale getirir ve bu nedenle yalıtımlı geçit alan etkisi tüpü olarak da adlandırılır.

II. Çalışma prensibi

MOSFET'ler, drenaj akımını (ID) kontrol etmek için geçit kaynağı voltajını (VGS) kullanarak çalışır. Spesifik olarak, uygulanan pozitif kapı kaynağı voltajı (VGS) sıfırdan büyük olduğunda, kapının altındaki oksit tabakası üzerinde bir üst pozitif ve alt negatif elektrik alanı görünecektir. Bu elektrik alanı P-bölgesindeki serbest elektronları çekerek bunların oksit tabakasının altında birikmesine neden olurken, P-bölgesindeki delikleri uzaklaştırır. VGS arttıkça elektrik alanının gücü artar ve çekilen serbest elektronların konsantrasyonu artar. VGS belirli bir eşik voltajına (VT) ulaştığında, bölgede toplanan serbest elektronların konsantrasyonu, drenajı ve kaynağı birbirine bağlayan bir köprü görevi gören yeni bir N tipi bölge (N-kanalı) oluşturacak kadar büyüktür. Bu noktada, drenaj ve kaynak arasında belirli bir sürüş voltajı (VDS) mevcutsa, drenaj akımı ID'si akmaya başlar.

III. İletken kanalın oluşumu ve değişimi

İletken kanalın oluşumu MOSFET'in çalışmasının anahtarıdır. VGS, VT'den büyük olduğunda, iletken kanal oluşturulur ve boşaltma akımı ID'si hem VGS hem de VDS'den etkilenir. VGS, iletken kanalın genişliğini ve şeklini kontrol ederek ID'yi etkiler, VDS ise ID'yi sürüş voltajı olarak doğrudan etkiler. İletim kanalı kurulmamışsa (yani VGS, VT'den küçükse), VDS mevcut olsa bile drenaj akımı ID'sinin görünmediğine dikkat etmek önemlidir.

IV. MOSFET'lerin özellikleri

Yüksek giriş empedansı:MOSFET'in giriş empedansı çok yüksektir, sonsuza yakındır çünkü kapı ile kaynak-drenaj bölgesi arasında yalıtıcı bir katman vardır ve sadece zayıf bir kapı akımı vardır.

Düşük çıkış empedansı:MOSFET'ler, kaynak drenaj akımının giriş voltajıyla değişebildiği, dolayısıyla çıkış empedansının küçük olduğu, voltaj kontrollü cihazlardır.

Sabit akış:Doyma bölgesinde çalışırken, MOSFET'in akımı kaynak-drenaj voltajındaki değişikliklerden hemen hemen etkilenmez ve mükemmel sabit akım sağlar.

 

İyi sıcaklık stabilitesi:MOSFET'ler -55°C'den +150°C'ye kadar geniş bir çalışma sıcaklığı aralığına sahiptir.

V. Uygulamalar ve sınıflandırmalar

MOSFET'ler dijital devrelerde, analog devrelerde, güç devrelerinde ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Operasyon türüne göre MOSFET'ler geliştirme ve tükenme türleri olarak sınıflandırılabilir; İletken kanalın türüne göre N-kanalı ve P-kanalı olarak sınıflandırılabilirler. Bu farklı MOSFET türlerinin farklı uygulama senaryolarında kendi avantajları vardır.

Özetle MOSFET'in çalışma prensibi, geçit kaynağı voltajı aracılığıyla iletken kanalın oluşumunu ve değişimini kontrol etmektir, bu da drenaj akımının akışını kontrol eder. Yüksek giriş empedansı, düşük çıkış empedansı, sabit akım ve sıcaklık kararlılığı MOSFET'leri elektronik devrelerde önemli bir bileşen haline getirmektedir.