Le transistor à effet de champ métal-oxyde-semi-conducteur (MOSFET, MOS-FET ou MOS FET) est un type de transistor à effet de champ (FET), le plus souvent fabriqué par oxydation contrôlée du silicium. Il possède une grille isolée dont la tension détermine la conductivité de l'appareil.
Sa principale caractéristique est qu'il y a une couche isolante en dioxyde de silicium entre la grille métallique et le canal, ce qui lui confère une résistance d'entrée élevée (jusqu'à 1015 Ω). Il est également divisé en tube à canal N et en tube à canal P. Habituellement, le substrat (substrat) et la source S sont connectés ensemble.
Selon les différents modes de conduction, les MOSFET sont divisés en type d'amélioration et type d'épuisement.
Le type dit d'amélioration signifie : lorsque VGS=0, le tube est dans un état de coupure. Après avoir ajouté le VGS correct, la plupart des porteurs sont attirés vers la porte, « améliorant » ainsi les porteurs dans cette zone et formant un canal conducteur. .
Le mode d'épuisement signifie que lorsque VGS=0, un canal est formé. Lorsque le bon VGS est ajouté, la plupart des transporteurs peuvent s'écouler hors du canal, « épuisant » ainsi les transporteurs et éteignant le tube.
Distinguer la raison : la résistance d'entrée de JFET est supérieure à 100 MΩ et la transconductance est très élevée. Lorsque la porte est dirigée, le champ magnétique de l'espace intérieur est très facile à détecter le signal de données de tension de fonctionnement sur la porte, de sorte que le pipeline ait tendance à être à la hauteur, ou a tendance à être intermittent. Si la tension d'induction du corps est immédiatement ajoutée à la porte, parce que les interférences électromagnétiques clés sont fortes, la situation ci-dessus sera plus significative. Si l'aiguille du compteur dévie brusquement vers la gauche, cela signifie que le pipeline a tendance à atteindre, la résistance drain-source RDS se dilate et la quantité de courant drain-source diminue IDS. À l’inverse, l’aiguille du compteur dévie brusquement vers la droite, indiquant que le pipeline a tendance à être marche-arrêt, le RDS descend et l’IDS monte. Cependant, la direction exacte dans laquelle l'aiguille du compteur est déviée doit dépendre des pôles positifs et négatifs de la tension induite (tension de fonctionnement en sens positif ou tension de fonctionnement en sens inverse) et du point médian de travail du pipeline.
WINSOK DFN3x3 MOSFET
En prenant le canal N comme exemple, il est réalisé sur un substrat de silicium de type P avec deux régions de diffusion source N+ et drain N+ hautement dopées, puis l'électrode source S et l'électrode drain D sont respectivement sorties. La source et le substrat sont connectés en interne et conservent toujours le même potentiel. Lorsque le drain est connecté à la borne positive de l'alimentation et que la source est connectée à la borne négative de l'alimentation et que VGS = 0, le courant du canal (c'est-à-dire le courant de drain) ID = 0. À mesure que VGS augmente progressivement, attirés par la tension de grille positive, des porteurs minoritaires chargés négativement sont induits entre les deux régions de diffusion, formant un canal de type N du drain à la source. Lorsque VGS est supérieur à la tension d'activation VTN du tube (généralement environ +2 V), le tube à canal N commence à conduire, formant un courant de drain ID.
VMOSFET (VMOSFET), son nom complet est MOSFET à rainure en V. Il s'agit d'un nouveau dispositif de commutation de puissance à haut rendement après MOSFET. Il hérite non seulement de la haute impédance d'entrée du MOSFET (≥108 W), mais également du faible courant de commande (environ 0,1 μA). Il présente également d'excellentes caractéristiques telles qu'une tension de tenue élevée (jusqu'à 1 200 V), un courant de fonctionnement important (1,5 A ~ 100 A), une puissance de sortie élevée (1 ~ 250 W), une bonne linéarité de transconductance et une vitesse de commutation rapide. C'est précisément parce qu'il combine les avantages des tubes à vide et des transistors de puissance qu'il est largement utilisé dans les amplificateurs de tension (l'amplification de tension peut atteindre des milliers de fois), les amplificateurs de puissance, les alimentations à découpage et les onduleurs.
Comme nous le savons tous, la grille, la source et le drain d'un MOSFET traditionnel se trouvent à peu près sur le même plan horizontal sur la puce, et son courant de fonctionnement circule essentiellement dans le sens horizontal. Le tube VMOS est différent. Il présente deux caractéristiques structurelles majeures : premièrement, le portail métallique adopte une structure à rainure en forme de V ; deuxièmement, il a une conductivité verticale. Étant donné que le drain est tiré de l'arrière de la puce, l'ID ne s'écoule pas horizontalement le long de la puce, mais part de la région N+ fortement dopée (source S) et s'écoule dans la région de dérive N légèrement dopée à travers le canal P. Enfin, il s'étend verticalement vers le bas pour drainer D. Comme la section transversale d'écoulement augmente, des courants importants peuvent passer à travers. Puisqu'il y a une couche isolante en dioxyde de silicium entre la grille et la puce, il s'agit toujours d'un MOSFET à grille isolée.
Avantages d'utilisation :
Le MOSFET est un élément contrôlé en tension, tandis que le transistor est un élément contrôlé en courant.
Les MOSFET doivent être utilisés lorsque seule une petite quantité de courant peut être extraite de la source de signal ; les transistors doivent être utilisés lorsque la tension du signal est faible et que davantage de courant peut être tiré de la source de signal. Le MOSFET utilise des porteurs majoritaires pour conduire l'électricité, c'est pourquoi on l'appelle un dispositif unipolaire, tandis que les transistors utilisent à la fois des porteurs majoritaires et des porteurs minoritaires pour conduire l'électricité, c'est pourquoi on l'appelle un dispositif bipolaire.
La source et le drain de certains MOSFET peuvent être utilisés de manière interchangeable et la tension de grille peut être positive ou négative, ce qui les rend plus flexibles que les triodes.
Le MOSFET peut fonctionner dans des conditions de très faible courant et de très basse tension, et son processus de fabrication peut facilement intégrer de nombreux MOSFET sur une puce de silicium. Par conséquent, le MOSFET a été largement utilisé dans les circuits intégrés à grande échelle.
MOSFET SOT-23N Olueky
Les caractéristiques d'application respectives du MOSFET et du transistor
1. La source s, la porte g et le drain d du MOSFET correspondent respectivement à l'émetteur e, à la base b et au collecteur c du transistor. Leurs fonctions sont similaires.
2. MOSFET est un dispositif de courant contrôlé en tension, iD est contrôlé par vGS et son coefficient d'amplification gm est généralement faible, donc la capacité d'amplification du MOSFET est faible ; le transistor est un dispositif de courant contrôlé en courant et iC est contrôlé par iB (ou iE).
3. La porte MOSFET ne consomme presque aucun courant (ig»0) ; tandis que la base du transistor consomme toujours un certain courant lorsque le transistor fonctionne. Par conséquent, la résistance d’entrée de grille du MOSFET est supérieure à la résistance d’entrée du transistor.
4. Le MOSFET est composé de multiporteuses impliquées dans la conduction ; les transistors ont deux porteurs, multiporteurs et porteurs minoritaires, impliqués dans la conduction. La concentration de porteurs minoritaires est fortement affectée par des facteurs tels que la température et le rayonnement. Par conséquent, les MOSFET ont une meilleure stabilité en température et une plus grande résistance aux radiations que les transistors. Les MOSFET doivent être utilisés là où les conditions environnementales (température, etc.) varient considérablement.
5. Lorsque le métal source et le substrat du MOSFET sont connectés ensemble, la source et le drain peuvent être utilisés de manière interchangeable et les caractéristiques changent peu ; tandis que lorsque le collecteur et l'émetteur de la triode sont utilisés de manière interchangeable, les caractéristiques sont très différentes. La valeur β sera considérablement réduite.
6. Le coefficient de bruit du MOSFET est très faible. Le MOSFET doit être utilisé autant que possible dans l'étage d'entrée des circuits amplificateurs à faible bruit et des circuits nécessitant un rapport signal/bruit élevé.
7. Le MOSFET et le transistor peuvent former divers circuits amplificateurs et circuits de commutation, mais le premier a un processus de fabrication simple et présente les avantages d'une faible consommation d'énergie, d'une bonne stabilité thermique et d'une large plage de tension d'alimentation de fonctionnement. Par conséquent, il est largement utilisé dans les circuits intégrés à grande et très grande échelle.
8. Le transistor a une grande résistance à l'état passant, tandis que le MOSFET a une petite résistance à l'état passant, seulement quelques centaines de mΩ. Dans les appareils électriques actuels, les MOSFET sont généralement utilisés comme commutateurs et leur efficacité est relativement élevée.
MOSFET d'encapsulation WINSOK SOT-323
MOSFET vs transistor bipolaire
Le MOSFET est un dispositif contrôlé en tension et la grille ne prend pratiquement aucun courant, tandis qu'un transistor est un dispositif contrôlé en courant et la base doit prendre un certain courant. Par conséquent, lorsque le courant nominal de la source de signal est extrêmement faible, le MOSFET doit être utilisé.
Le MOSFET est un conducteur multiporteur, tandis que les deux porteurs d'un transistor participent à la conduction. Étant donné que la concentration de porteurs minoritaires est très sensible aux conditions externes telles que la température et le rayonnement, le MOSFET est plus adapté aux situations dans lesquelles l'environnement change considérablement.
En plus d'être utilisés comme dispositifs amplificateurs et commutateurs contrôlables comme les transistors, les MOSFET peuvent également être utilisés comme résistances linéaires variables contrôlées en tension.
La source et le drain du MOSFET sont de structure symétrique et peuvent être utilisés de manière interchangeable. La tension grille-source du MOSFET en mode d'appauvrissement peut être positive ou négative. Par conséquent, l’utilisation de MOSFET est plus flexible que celle de transistors.
Heure de publication : 13 octobre 2023
