Prinsip Kerja MOSFET

1. pengantar

MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) adalah transistor efek medan yang secara luas digunakan dalam rangkaian elektronik modern. Ini mengontrol peralihan arus dengan membentuk atau memblokir saluran konduktif melalui aplikasi medan listrik. MOSFET memiliki efisiensi kontrol tinggi, konsumsi daya rendah, dan kecepatan beralih cepat, menjadikannya tak terpisahkan baik dalam sistem digital maupun analog.

2. Struktur

MOSFET biasanya terdiri dari bagian-bagian berikut:

Gerbang: Elektroda logam atau polisilikon yang diisolasi dari semiconductor oleh lapisan dielektrik (umumnya oksida silikon, SiO₂).

Sumber dan Drain: Dua wilayah tipe N yang sangat diberi dopan tertanam dalam substrat semiconductor tipe P.

Bodi (Substrat): Biasanya merupakan semiconductor tipe P. Dalam sebagian besar desain rangkaian, bodi dihubungkan langsung ke sumber untuk menjaga potensial tetap dan mengurangi gangguan efek bodi.

3. Prinsip Operasi

MOSFET bekerja dengan mengontrol apakah saluran konduktif terbentuk antara sumber dan drain, tergantung pada tegangan gerbang.

3.1 Keadaan Mati

Ketika tegangan gerbang adalah 0 V atau lebih rendah dari tegangan ambang (Vth):

Tidak terbentuk saluran konduktif pada permukaan substrat tipe P.

Impedansi tinggi ada di antara sumber dan drain, sehingga hampir tidak ada aliran arus.

MOSFET berada dalam keadaan "mati", berfungsi seperti saklar terbuka.

3.2 Keadaan Hidup

Ketika tegangan gerbang (VGS) melebihi tegangan ambang (VGS > Vth):

Sebuah medan listrik vertikal terbentuk di bawah lapisan dielektrik gerbang.

Medan ini menarik elektron dari substrat tipe-P ke permukaan semiconductor dan mengusir lubang, menciptakan lapisan inversi tipe-N.

Saluran konduktif ini menghubungkan sumber dan drain, memungkinkan arus mengalir dari drain ke sumber (menurut arah arus konvensional).

4. Karakteristik Utama

MOSFET menunjukkan karakteristik listrik berikut:

Perangkat yang Dikontrol oleh Tegangan: Arus diatur oleh tegangan gerbang, dan karena adanya oksida gerbang penyekat, hampir tidak ada arus gerbang yang mengalir, sehingga menghasilkan konsumsi daya statis ultra-rendah.

Kecepatan Peralihan Cepat: Ideal untuk rangkaian frekuensi tinggi, termasuk RF dan peralihan digital.

Pengurangan Daya Rendah: Daya hanya dikonsumsi selama transisi peralihan, membuat MOSFET cocok untuk sistem portabel dan hemat energi.

5. Aplikasi

MOSFET umumnya digunakan di bidang-bidang berikut:

Lingkaran Digital: Berfungsi sebagai saklar dalam gerbang logika, flip-flop, dan transistor di CPU.

Lingkaran Analog: Berfungsi sebagai penguat tegangan, pengikut sumber, dan pengatur arus.

Manajemen Daya: Digunakan dalam konverter DC-DC, saklar daya, dan rangkaian kontrol motor.

6. ringkasan

Fungsi inti dari MOSFET adalah mengontrol aliran arus menggunakan medan listrik. Dengan menerapkan tegangan ke gerbang, saluran konduktif sementara diinduksi pada permukaan semiconductor, sehingga memungkinkan atau menonaktifkan konduksi arus. Mekanisme ini memberikan MOSFET responsivitas yang sangat baik, konsumsi daya rendah, dan aplikasi luas dalam perangkat elektronik modern dan daya.