Le MOSFET est l'un des composants les plus fondamentaux de l'industrie des semi-conducteurs. Dans les circuits électroniques, le MOSFET est généralement utilisé dans les circuits amplificateurs de puissance ou les circuits d'alimentation à découpage et est largement utilisé. Ci-dessous,OLUKEYvous donnera une explication détaillée du principe de fonctionnement du MOSFET et analysera la structure interne du MOSFET.
Qu'est-ce queMOSFET
MOSFET, transistor à effet déposé à semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET). C'est un transistor à effet de champ qui peut être largement utilisé dans les circuits analogiques et les circuits numériques. Selon la différence de polarité de son « canal » (porteuse de travail), il peut être divisé en deux types : « type N » et « type P », souvent appelés NMOS et PMOS.
Principe de fonctionnement du MOSFET
Le MOSFET peut être divisé en type d'amélioration et type d'épuisement selon le mode de fonctionnement. Le type d'amélioration fait référence au MOSFET lorsqu'aucune tension de polarisation n'est appliquée et qu'il n'y a pas de problème.canal conducteur. Le type d'épuisement fait référence au MOSFET lorsqu'aucune tension de polarisation n'est appliquée. Un canal conducteur apparaîtra.
Dans les applications réelles, il n'existe que des MOSFET de type à amélioration de canal N et de type à amélioration de canal P. Étant donné que les NMOSFET ont une faible résistance à l'état passant et sont faciles à fabriquer, le NMOS est plus courant que le PMOS dans les applications réelles.
Mode d'amélioration MOSFET
Il existe deux jonctions PN dos à dos entre le drain D et la source S du MOSFET en mode amélioration. Lorsque la tension grille-source VGS = 0, même si la tension drain-source VDS est ajoutée, il y a toujours une jonction PN dans un état polarisé en inverse, et il n'y a pas de canal conducteur entre le drain et la source (aucun courant ne circule). ). Par conséquent, le courant de drain ID = 0 à ce moment.
À ce moment, si une tension directe est ajoutée entre la grille et la source. C'est-à-dire que VGS>0, alors un champ électrique avec la grille alignée avec le substrat de silicium de type P sera généré dans la couche isolante SiO2 entre l'électrode de grille et le substrat de silicium. La couche d'oxyde étant isolante, la tension VGS appliquée à la grille ne peut pas produire de courant. Un condensateur est généré des deux côtés de la couche d'oxyde et le circuit équivalent VGS charge ce condensateur (condensateur). Et générer un champ électrique, alors que VGS monte lentement, attiré par la tension positive de la grille. Un grand nombre d'électrons s'accumulent de l'autre côté de ce condensateur (condensateur) et créent un canal conducteur de type N du drain à la source. Lorsque VGS dépasse la tension d'activation VT du tube (généralement environ 2 V), le tube à canal N commence tout juste à conduire, générant un courant de drain ID. Nous appelons la tension grille-source lorsque le canal commence à générer la tension d'activation. Généralement exprimé en VT.
Le contrôle de la taille de la tension de grille VGS modifie la force ou la faiblesse du champ électrique, et l'effet de contrôle de la taille du courant de drain ID peut être obtenu. C'est également une caractéristique importante des MOSFET qui utilisent des champs électriques pour contrôler le courant, c'est pourquoi ils sont également appelés transistors à effet de champ.
Structure interne du MOSFET
Sur un substrat de silicium de type P avec une faible concentration d'impuretés, deux régions N+ avec une concentration élevée d'impuretés sont réalisées et deux électrodes sont étirées à partir d'aluminium métallique pour servir respectivement de drain d et de source s. Ensuite, la surface du semi-conducteur est recouverte d'une couche isolante extrêmement fine en dioxyde de silicium (SiO2), et une électrode en aluminium est installée sur la couche isolante entre le drain et la source pour servir de grille g. Une électrode B est également étirée sur le substrat, formant un MOSFET à mode d'enrichissement à canal N. Il en va de même pour la formation interne de MOSFET de type à amélioration de canal P.
Symboles des circuits MOSFET à canal N et MOSFET à canal P
L'image ci-dessus montre le symbole du circuit du MOSFET. Sur l'image, D est le drain, S est la source, G est la porte et la flèche au milieu représente le substrat. Si la flèche pointe vers l'intérieur, cela indique un MOSFET à canal N, et si la flèche pointe vers l'extérieur, elle indique un MOSFET à canal P.
Symboles de circuit MOSFET double canal N, MOSFET double canal P et MOSFET canal N+P
En effet, lors du processus de fabrication du MOSFET, le substrat est connecté à la source avant de quitter l'usine. Ainsi, dans les règles de symbologie, le symbole flèche représentant le substrat doit également être connecté à la source pour distinguer le drain et la source. La polarité de la tension utilisée par le MOSFET est similaire à celle de notre transistor traditionnel. Le canal N est similaire à un transistor NPN. Le drain D est connecté à l'électrode positive et la source S est connectée à l'électrode négative. Lorsque la grille G a une tension positive, un canal conducteur se forme et le MOSFET à canal N commence à fonctionner. De même, le canal P est similaire à un transistor PNP. Le drain D est connecté à l'électrode négative, la source S est connectée à l'électrode positive et lorsque la grille G a une tension négative, un canal conducteur se forme et le MOSFET à canal P commence à fonctionner.
Principe de perte de commutation MOSFET
Qu'il s'agisse de NMOS ou de PMOS, il y a une résistance interne de conduction générée après sa mise sous tension, de sorte que le courant va consommer de l'énergie sur cette résistance interne. Cette partie de l’énergie consommée est appelée consommation de conduction. La sélection d'un MOSFET avec une petite résistance interne de conduction réduira efficacement la consommation de conduction. La résistance interne actuelle des MOSFET de faible puissance est généralement de l'ordre de plusieurs dizaines de milliohms, mais il existe également plusieurs milliohms.
Lorsque MOS est activé et terminé, cela ne doit pas être réalisé en un instant. La tension des deux côtés du MOS connaîtra une diminution effective et le courant qui le traverse connaîtra une augmentation. Pendant cette période, la perte du MOSFET est le produit de la tension et du courant, ce qui constitue la perte de commutation. D'une manière générale, les pertes de commutation sont bien supérieures aux pertes de conduction, et plus la fréquence de commutation est rapide, plus les pertes sont importantes.
Le produit de la tension et du courant au moment de la conduction est très important, ce qui entraîne des pertes très importantes. Les pertes de commutation peuvent être réduites de deux manières. La première consiste à réduire le temps de commutation, ce qui peut réduire efficacement la perte à chaque mise sous tension ; l'autre consiste à réduire la fréquence de commutation, ce qui peut réduire le nombre de commutateurs par unité de temps.
Ce qui précède est une explication détaillée du schéma de principe de fonctionnement du MOSFET et une analyse de la structure interne du MOSFET. Pour en savoir plus sur MOSFET, n'hésitez pas à consulter OLUKEY pour vous fournir un support technique MOSFET !
Heure de publication : 16 décembre 2023
