ترانزستور التأثير الميداني لأشباه الموصلات وأكسيد المعدن (MOSFET، MOS-FET، أو MOS FET) هو نوع من ترانزستور التأثير الميداني (FET)، الأكثر شيوعًا يتم تصنيعه عن طريق أكسدة السيليكون الخاضعة للرقابة. يحتوي على بوابة معزولة يحدد جهدها موصلية الجهاز.
وتتمثل الميزة الرئيسية لها في وجود طبقة عازلة من ثاني أكسيد السيليكون بين البوابة المعدنية والقناة، لذلك تتمتع بمقاومة عالية للإدخال (تصل إلى 1015Ω). وينقسم أيضًا إلى أنبوب قناة N وأنبوب قناة P. عادةً ما يتم توصيل الركيزة (الركيزة) والمصدر S معًا.
وفقا لأنماط التوصيل المختلفة، تنقسم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) إلى نوع التعزيز ونوع الاستنفاد.
ويعني ما يسمى بنوع التعزيز: عندما يكون VGS = 0، يكون الأنبوب في حالة القطع. بعد إضافة VGS الصحيح، تنجذب معظم الحاملات إلى البوابة، وبالتالي "تعزيز" الحاملات في هذه المنطقة وتشكيل قناة موصلة. .
ويعني وضع الاستنفاد أنه عندما يكون VGS = 0، يتم تشكيل قناة. عند إضافة VGS الصحيح، يمكن لمعظم الموجات الحاملة التدفق خارج القناة، وبالتالي "استنفاد" الموجات الحاملة وإيقاف تشغيل الأنبوب.
تمييز السبب: مقاومة إدخال JFET أكثر من 100MΩ، والموصلية عالية جدًا، عندما يتم توجيه البوابة، يكون المجال المغناطيسي للفضاء الداخلي من السهل جدًا اكتشاف إشارة بيانات جهد العمل على البوابة، بحيث يميل خط الأنابيب إلى يصل إلى، أو يميل إلى أن يكون على الخروج. إذا تمت إضافة الجهد التعريفي للجسم على الفور إلى البوابة، لأن التداخل الكهرومغناطيسي الرئيسي قوي، فإن الوضع أعلاه سيكون أكثر أهمية. إذا انحرفت إبرة العداد بشكل حاد إلى اليسار، فهذا يعني أن خط الأنابيب يميل إلى الأعلى، ويتوسع مقاوم مصدر الصرف RDS، وتقلل كمية تيار مصدر الصرف IDS. على العكس من ذلك، تنحرف إبرة العداد بشكل حاد إلى اليمين، مما يشير إلى أن خط الأنابيب يميل إلى التشغيل والإيقاف، وينخفض RDS، ويرتفع IDS. ومع ذلك، فإن الاتجاه الدقيق الذي تنحرف فيه إبرة العداد يجب أن يعتمد على الأقطاب الموجبة والسالبة للجهد المستحث (جهد العمل ذو الاتجاه الإيجابي أو جهد العمل ذو الاتجاه العكسي) ونقطة منتصف العمل لخط الأنابيب.
وينسوك DFN3x3 موسفيت
بأخذ قناة N كمثال، فهي مصنوعة على ركيزة من السيليكون من النوع P مع منطقتي انتشار المصدر المخدر بدرجة عالية N+ ومناطق انتشار الصرف N+، ثم يتم إخراج قطب المصدر S وإلكترود الصرف D على التوالي. المصدر والركيزة متصلان داخليًا، ويحافظان دائمًا على نفس الإمكانية. عندما يكون الصرف متصلاً بالطرف الموجب لمصدر الطاقة ويكون المصدر متصلاً بالطرف السالب لمصدر الطاقة وVGS = 0، يكون معرف تيار القناة (أي تيار الصرف) = 0. مع زيادة VGS تدريجيًا، التي تنجذب بواسطة جهد البوابة الموجب، يتم تحفيز ناقلات الأقلية سالبة الشحنة بين منطقتي الانتشار، مما يشكل قناة من النوع N من الصرف إلى المصدر. عندما يكون VGS أكبر من جهد التشغيل VTN للأنبوب (بشكل عام حوالي +2V)، يبدأ أنبوب القناة N في التوصيل، مما يشكل معرف تيار التصريف.
VMOSFET (VMOSFET)، اسمه الكامل هو V-groove MOSFET. إنه جهاز تحويل الطاقة عالي الكفاءة تم تطويره حديثًا بعد MOSFET. إنه لا يرث فقط مقاومة الإدخال العالية لـ MOSFET (≥108W)، ولكن أيضًا تيار القيادة الصغير (حوالي 0.1μA). كما أن لديها خصائص ممتازة مثل الجهد العالي التحمل (يصل إلى 1200 فولت)، تيار التشغيل الكبير (1.5A ~ 100A)، طاقة الخرج العالية (1 ~ 250W)، خطية الموصلية الجيدة، وسرعة التبديل السريعة. على وجه التحديد لأنه يجمع بين مزايا الأنابيب المفرغة وترانزستورات الطاقة، يتم استخدامه على نطاق واسع في مضخمات الجهد (يمكن أن يصل تضخيم الجهد إلى آلاف المرات)، ومضخمات الطاقة، وتبديل مصادر الطاقة والمحولات.
كما نعلم جميعًا، فإن بوابة ومصدر ومصرف MOSFET التقليدي يقع تقريبًا على نفس المستوى الأفقي على الشريحة، ويتدفق تيار التشغيل بشكل أساسي في الاتجاه الأفقي. أنبوب VMOS مختلف. لديها ميزتان هيكليتان رئيسيتان: أولا، البوابة المعدنية تعتمد هيكل الأخدود على شكل V؛ ثانيا، لديه الموصلية العمودية. نظرًا لأن الصرف يتم سحبه من الجزء الخلفي للرقاقة، فإن المعرف لا يتدفق أفقيًا على طول الشريحة، ولكنه يبدأ من منطقة N + المخدرة بشدة (المصدر S) ويتدفق إلى منطقة الانجراف N المخدرة قليلاً عبر القناة P. وأخيرًا، يصل عموديًا إلى الأسفل ليصرف D. ونظرًا لزيادة مساحة المقطع العرضي للتدفق، يمكن أن تمر تيارات كبيرة من خلاله. نظرًا لوجود طبقة عازلة من ثاني أكسيد السيليكون بين البوابة والرقاقة، فهي لا تزال عبارة عن بوابة MOSFET معزولة.
مزايا الاستخدام:
MOSFET هو عنصر يتم التحكم فيه بالجهد، بينما الترانزستور هو عنصر يتم التحكم فيه بواسطة التيار.
يجب استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) عندما يُسمح فقط بسحب كمية صغيرة من التيار من مصدر الإشارة؛ يجب استخدام الترانزستورات عندما يكون جهد الإشارة منخفضًا ويسمح بسحب تيار أكبر من مصدر الإشارة. يستخدم MOSFET ناقلات الأغلبية لتوصيل الكهرباء، لذلك يطلق عليه جهاز أحادي القطب، بينما تستخدم الترانزستورات كلاً من ناقلات الأغلبية وحاملات الأقلية لتوصيل الكهرباء، لذلك يطلق عليه جهاز ثنائي القطب.
يمكن استخدام المصدر والصرف لبعض الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) بالتبادل، ويمكن أن يكون جهد البوابة موجبًا أو سالبًا، مما يجعلها أكثر مرونة من الصمامات الثلاثية.
يمكن أن تعمل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) في ظل تيار صغير جدًا وظروف جهد منخفض جدًا، ويمكن لعملية تصنيعها أن تدمج بسهولة العديد من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) على شريحة السيليكون. ولذلك، تم استخدام MOSFET على نطاق واسع في الدوائر المتكاملة واسعة النطاق.
أولوكي SOT-23N MOSFET
خصائص التطبيق الخاصة بـ MOSFET والترانزستور
1. المصدر s، البوابة g، والصرف d من MOSFET يتوافق مع الباعث e، القاعدة b، والمجمع c للترانزستور على التوالي. وظائفهم متشابهة.
2. MOSFET هو جهاز تيار يتم التحكم فيه بالجهد، ويتم التحكم في iD بواسطة vGS، ومعامل تضخيمه gm صغير بشكل عام، وبالتالي فإن قدرة تضخيم MOSFET ضعيفة؛ الترانزستور هو جهاز تيار يتم التحكم فيه حاليًا، ويتم التحكم في iC بواسطة iB (أو iE).
3. بوابة MOSFET لا تسحب أي تيار تقريبًا (ig»0)؛ بينما قاعدة الترانزستور دائما تسحب تيارا معينا عند عمل الترانزستور. لذلك، فإن مقاومة دخل البوابة للـ MOSFET أعلى من مقاومة الدخل للترانزستور.
4. يتكون MOSFET من ناقلات متعددة تشارك في التوصيل؛ تحتوي الترانزستورات على حاملين، حاملات متعددة وحاملات أقلية، تشارك في التوصيل. يتأثر تركيز ناقلات الأقلية بشكل كبير بعوامل مثل درجة الحرارة والإشعاع. لذلك، تتمتع الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) بثبات أفضل في درجة الحرارة ومقاومة إشعاعية أقوى من الترانزستورات. يجب استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) في الأماكن التي تختلف فيها الظروف البيئية (درجة الحرارة، وما إلى ذلك) بشكل كبير.
5. عندما يتم توصيل المعدن المصدر والركيزة من MOSFET معًا، يمكن استخدام المصدر والصرف بالتبادل، وتتغير الخصائص قليلاً؛ بينما عندما يتم استخدام المجمع والباعث للصمام الثلاثي بالتبادل، فإن الخصائص تكون مختلفة تمامًا. سيتم تخفيض قيمة β كثيرًا.
6. معامل الضوضاء لـ MOSFET صغير جدًا. يجب استخدام MOSFET قدر الإمكان في مرحلة الإدخال لدوائر مكبر الصوت منخفضة الضوضاء والدوائر التي تتطلب نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية.
7. يمكن لكل من MOSFET والترانزستور تشكيل دوائر مكبر للصوت ودوائر تبديل مختلفة، ولكن الأول لديه عملية تصنيع بسيطة وله مزايا انخفاض استهلاك الطاقة، والاستقرار الحراري الجيد، ونطاق جهد إمداد طاقة التشغيل الواسع. ولذلك، فإنه يستخدم على نطاق واسع في الدوائر المتكاملة واسعة النطاق وواسعة النطاق للغاية.
8. يتمتع الترانزستور بمقاومة كبيرة، في حين أن MOSFET لديه مقاومة صغيرة، فقط بضع مئات من المتر أوم. في الأجهزة الكهربائية الحالية، تُستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة بشكل عام كمفاتيح، وتكون كفاءتها عالية نسبيًا.
WINSOK SOT-323 تغليف MOSFET
MOSFET مقابل الترانزستور ثنائي القطب
MOSFET هو جهاز يتم التحكم فيه بالجهد، والبوابة لا تستقبل أي تيار، في حين أن الترانزستور هو جهاز يتم التحكم فيه بالتيار، ويجب أن تأخذ القاعدة تيارًا معينًا. لذلك، عندما يكون التيار المقنن لمصدر الإشارة صغيرًا للغاية، يجب استخدام MOSFET.
MOSFET هو موصل متعدد الموجات، في حين أن كلا الحاملين للترانزستور يشاركان في التوصيل. وبما أن تركيز ناقلات الأقلية حساس للغاية للظروف الخارجية مثل درجة الحرارة والإشعاع، فإن MOSFET أكثر ملاءمة للمواقف التي تتغير فيها البيئة بشكل كبير.
بالإضافة إلى استخدامها كأجهزة مكبر للصوت ومفاتيح يمكن التحكم فيها مثل الترانزستورات، يمكن أيضًا استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) كمقاومات خطية متغيرة يتم التحكم فيها بالجهد.
مصدر وصرف MOSFET متماثلان في الهيكل ويمكن استخدامهما بالتبادل. يمكن أن يكون جهد مصدر البوابة لوضع الاستنفاد MOSFET موجبًا أو سالبًا. ولذلك، فإن استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) أكثر مرونة من الترانزستورات.
وقت النشر: 13 أكتوبر 2023
