ФЕТ СА ИЗОЛОВАНИМ ГЕЈТОМ - MOSFET

Увод Име је у ствари скраћеница од Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, при чему прве три речи асоцирају на његову структуру. Деле се на: - мосфетове са индукованим каналом и - мосфетове са уграђеним каналом. Мосфетови са индукованим каналом се доста више користе, нарочито у интегрисаној техници, па ће овде бити речи само о њима. Мосфет је последњих година потиснуо у други план биполарне транзисторе и постао незаменљив, пре свега у дигиталним интегрисаним колима и у применама у енергетској електроници.

Структура мосфета Структура мосфета са индукованим каналом N типа види се на слици 1. Основа – материјал Р типа, у коју се имплантирају две области типа N+, као области сорса и дрејна. Слика 1 Структура мосфета са индукованим каналом N типа Следи наношење силицијум диоксида, који служи као изолација између гејта и будућег канала, а делимично прекрива и области сорса и дрејна. Завршни процес је метализација и формирање извода, односно електрода мосфета.

Област просторног наелектрисања Метал на гејту, силицијум диоксид испод њега и подлога формирају структуру по којој је компонента и добила име. Ако се не прикључује никакав напон, око области сорса и дрејна формирају се области просторног наелектрисања, као код сваког PN споја, што је приказано на слици 2. Тада нема ни струје кроз мосфет. Слика 2 Формирање облати просторног наелектрисања код мосфета са индукованим каналом

Уколико се гејт прикључи на позитиван напон у односу на сорс, онда ће тај напон у области испод гејта привући електроне из Р области (мањински носиоци) у област испод силицијум диоксида, а истовремено ће из исте области одбити шупљине даље од гејта. Формирање канала Слика 3 Формирање канала код мосфета На описани начин формира се, тј. индукује канал, којим електрони могу да се крећу од сорса га дрејну, што је приказано на слици 3. Канал се може формирати када напон између гејта и сорса довољно порасте – до напона прага.

Струја кроз мосфет Да би кроз канал могла да потече струја мора се прикључити позитиван напон између сорса дрејна, као на слици 4. Ако је напон ЕG довољно велики да мосфет проведе, онда се за мале напоне између дрејна и сорса ED канал мосфета понаша приближно као отпорник и са повећањем напона расте и струја. Слика 4 Сужавање канала у области дрејна Уколико се повећава напон између дрејна и сорса ED доћи ће до ширења прелазне области у околини области дрејна, па ће канал бити прекинут, као што је приказано на слици 4. За одређену вредност напона ЕD струја ће престати да расте.

Излазне карактеристике мосфета Излазна карактеристика дефинише се као: Лево од испрекидане линије је тзв. триодна област, где је напон UDS мали, а компонента се понаша слично као отпорник. У овој области мосфет ради као прекидач. Слика 5 Фамилија излазних карактеристика мосфета Десно од испрекидане линије је област засићења: проширена је прелазна област уз дрејн, па са даљим повећањем напона UDS струја дрејна остаје приближно константна. Треба приметити да је напон истог поларитета као и напон што може бити доста олакшавајућа околност.

Преносна карактеристика мосфета Преносна карактеристика дефинише се као: Струја ID је једнака нули све док је напон UGS мањи од напона прага UGST. После тога, са повећањем напона UGS расте и струја дрејна ID, као што је приказано на слици 6. Слика 6 Преносна карактеристика мосфета

Ознаке мосфета Слика 7 Ознаке мосфета са индукованим каналом: N–канални (лево) и Р-канални мосфет

Вертикални мосфет (VMOSFET) Има краћи и шири канал, па може да поднесе и врло велике струје. Има тродимензионалну структуру, а дужина канала је на слици 8 обележена са W. W Слика 8 Структура вертикалног мосфета

Излазне карактеристике вертикалног мосфета Као што се са слике 9 може видети излазне карактеристике имају исти облик као код обичног планарног мосфета, али су доста веће вредности струје ID и напона UDS. Слика 9 Фамилија излазних карактеристика вертикалног мосфета