Comment fonctionnent les MOSFET

Le principe de fonctionnement du MOSFET repose principalement sur ses propriétés structurelles uniques et ses effets de champ électrique. Ce qui suit est une explication détaillée du fonctionnement des MOSFET :

I. Structure de base du MOSFET

Un MOSFET se compose principalement d'une grille (G), d'une source (S), d'un drain (D) et d'un substrat (B, parfois connecté à la source pour former un dispositif à trois bornes). Dans les MOSFET à amélioration de canal N, le substrat est généralement un matériau de silicium de type P faiblement dopé sur lequel deux régions de type N hautement dopées sont fabriquées pour servir respectivement de source et de drain. La surface du substrat de type P est recouverte d'un film d'oxyde très fin (dioxyde de silicium) servant de couche isolante, et une électrode est dessinée comme grille. Cette structure rend la grille isolée du substrat semi-conducteur de type P, du drain et de la source, et est donc également appelée tube à effet de champ à grille isolée.

II. Principe de fonctionnement

Les MOSFET fonctionnent en utilisant la tension de source de grille (VGS) pour contrôler le courant de drain (ID). Plus précisément, lorsque la tension de source de grille positive appliquée, VGS, est supérieure à zéro, un champ électrique positif supérieur et négatif inférieur apparaîtra sur la couche d'oxyde située sous la grille. Ce champ électrique attire les électrons libres dans la région P, les obligeant à s'accumuler sous la couche d'oxyde, tout en repoussant les trous dans la région P. À mesure que VGS augmente, la force du champ électrique augmente et la concentration d’électrons libres attirés augmente. Lorsque VGS atteint une certaine tension de seuil (VT), la concentration d'électrons libres rassemblés dans la région est suffisamment grande pour former une nouvelle région de type N (canal N), qui agit comme un pont reliant le drain et la source. À ce stade, si une certaine tension de commande (VDS) existe entre le drain et la source, le courant de drain ID commence à circuler.

III. Formation et changement de canal conducteur

La formation du canal conducteur est la clé du fonctionnement du MOSFET. Lorsque VGS est supérieur à VT, le canal conducteur est établi et l'ID du courant de drain est affecté à la fois par VGS et VDS. VGS affecte l'ID en contrôlant la largeur et la forme du canal conducteur, tandis que VDS affecte l'ID directement en tant que tension de commande. Il est important de noter que si le canal conducteur n'est pas établi (c'est-à-dire que VGS est inférieur à VT), même si VDS est présent, l'ID du courant de drain n'apparaît pas.

IV. Caractéristiques des MOSFET

Impédance d'entrée élevée :L'impédance d'entrée du MOSFET est très élevée, proche de l'infini, car il y a une couche isolante entre la grille et la région source-drain et seulement un faible courant de grille.

Faible impédance de sortie :Les MOSFET sont des dispositifs contrôlés en tension dans lesquels le courant source-drain peut changer avec la tension d'entrée, leur impédance de sortie est donc faible.

Débit constant :Lorsqu'il fonctionne dans la région de saturation, le courant du MOSFET n'est pratiquement pas affecté par les changements de tension source-drain, fournissant ainsi un excellent courant constant.

Bonne stabilité en température :Les MOSFET ont une large plage de températures de fonctionnement allant de -55°C à environ +150°C.

V. Demandes et classifications

Les MOSFET sont largement utilisés dans les circuits numériques, les circuits analogiques, les circuits de puissance et d'autres domaines. Selon le type de fonctionnement, les MOSFET peuvent être classés en types d'amélioration et d'épuisement ; selon le type de canal conducteur, ils peuvent être classés en canal N et canal P. Ces différents types de MOSFET présentent leurs propres avantages dans différents scénarios d'application.

En résumé, le principe de fonctionnement du MOSFET est de contrôler la formation et la modification du canal conducteur via la tension de la source de grille, qui à son tour contrôle le flux du courant de drain. Son impédance d'entrée élevée, sa faible impédance de sortie, sa stabilité de courant et de température constante font des MOSFET un composant important dans les circuits électroniques.