Pengenalan Terperinci Mengenai MOSFET

MOSFET (Metal-Oxida-Semikonduktor Transistor Kesan Medan) adalah peranti yang dipacu oleh voltan dan dikawal oleh medan elektrik. Ia bertindak sebagai komponen utama dalam litar bersepadu dan peranti diskret, serta digunakan secara meluas dalam pelbagai sistem litar analog dan digital disebabkan oleh strukturnya yang ringkas, tindak balas yang cepat, dan kemudahan dalam penyepaduan.

Perkembangan MOSFET telah memberi kemajuan yang ketara kepada teknologi dalam elektronik kuasa, pengurusan kuasa, reka bentuk cip komputer, dan elektronik kenderaan.

1. Struktur Terperinci

Struktur teras MOSFET terdiri daripada empat kawasan asas:

• Sumber: Titik di mana elektron atau lubang dimasukkan; ia bertindak sebagai terminal input arus.
• Penguras: Terminal di mana pembawa keluar; ia merupakan terminal output arus.
• Get: Mengawal sama ada saluran konduktif terbentuk dengan mengaplikasikan voltan luar; bertindak sebagai suis. Ia biasanya disaluti oleh lapisan oksida nipis (SiO₂) yang mempunyai sifat penebat yang sangat baik.
• Substrat: Bahan semikonduktor asas bagi peranti, biasanya silikon jenis-P atau jenis-N yang didop rendah.

Jenis Substrat dan Hubungan Saluran:

• NMOS: Substrat jenis-P + sumber/tompok jenis-N; elektron adalah pembawa konduksi.
• PMOS: Substrat jenis-N + sumber/tompok jenis-P; lubang adalah pembawa konduksi.
• Perbezaan Antara Mod Penguatan dan Penghapusan:
• Mod Penguatan: Biasanya dimatikan; memerlukan voltan get untuk mengkonduksi.
• Mod Penghapusan: Biasanya dihidupkan; menjadi tidak konduktif apabila voltan get dikenakan.

2. Prinsip Operasi (Kawalan Medan)

Operasi MOSFET terutamanya berdasarkan kesan medan, yang mengawal taburan pembawa cas dalam semikonduktor.

• MOSFET Mod Perkasaan: Apabila voltan positif dikenakan pada get, tapak P-jenis di bawah get akan menarik elektron disebabkan oleh medan elektrik, membentuk lapisan songsang N-jenis dan menubuhkan saluran konduktif antara sumber dan lesu.
• MOSFET Mod Perkasaan P-Jenis: Apabila voltan negatif dikenakan pada get, lubang-lubang akan tertarik ke permukaan tapak N-jenis, membentuk saluran P-jenis yang membenarkan pengaliran antara sumber dan lesu.

Mengawal Keadaan Hidup dan Mati:

Kelakuan pensuisan MOSFET ditentukan oleh voltan get-sumber (VGS):

Apabila VGS ≥ Vth (voltan ambang), saluran akan terbentuk dan peranti dihidupkan.

Apabila VGS < Vth, saluran akan hilang dan peranti dimatikan.

3. Kaedah Pengelasan Utama

MOSFET boleh dikategorikan dalam pelbagai cara berdasarkan kriteria yang berbeza:

Peranti NMOS digunakan secara meluas dalam aplikasi frekuensi tinggi dan prestasi tinggi disebabkan oleh mobiliti elektron yang lebih tinggi dan rintangan pada yang lebih rendah.

4. Kawasan Aplikasi Tipikal

MOSFET sesuai untuk pelbagai situasi yang merangkumi kawalan kuasa rendah hingga pemanduan voltan tinggi:

• Litar Digital dan Reka Bentuk Logik: Get logik CMOS, yang terdiri daripada NMOS dan PMOS pelengkap, membentuk asas kepada mikropemproses, mikropemacu, dan cip memori. SoC moden (System-on-Chip) menggabungkan berbillion MOSFET.
• Bekalan Kuasa dan Kawalan Kuasa: Sebagai peranti pensuisan yang cekap, mereka digunakan secara meluas dalam penukar DC-DC, bekalan kuasa suis (SMPS), penyongsang, dan pemandu LED. Mereka menyokong pensuisan lembut, EMI rendah, dan rekabentuk berkecekapan tinggi.
• Litar Analog: MOSFET digunakan sebagai penguat voltan, sumber arus malar, dan suis analog. Mereka berprestasi dengan baik dalam penguat audio dan gelung suapan kuasa.
• Kawalan Automotif dan Perindustrian: MOSFET digunakan secara meluas dalam ECUs automotif, pengawal motor, dan pengecas berkala (OBCs). Mereka juga digunakan dalam modul pemandu, PLCs, dan penggantian geganti dalam automasi perindustrian.
• Penderia dan Sistem Pengesanan: MOSFET digunakan untuk membina litar baca isyarat dalam penderia imej CMOS, penderia inframerah, dan penderia MEMS. Mereka bertindak sebagai penguat hadapan untuk pengesanan isyarat berkepekaan tinggi.

5. kesimpulan

Dengan prestasi elektrik yang cemerlang, struktur ringkas, dan kawalan tinggi, MOSFET telah menjadi komponen yang tidak dapat dipisahkan dalam industri elektronik.

Daripada elektronik pengguna dan kelengkapan komunikasi hingga automasi perindustrian dan kenderaan elektrik tenaga baharu, aplikasi mereka terdapat di mana-mana.

Dengan memahami struktur, prinsip, dan ciri aplikasi mereka, seseorang boleh menyelesaikan pemilihan peranti, reka bentuk sistem, dan pengoptimuman produk dengan lebih berkesan.