Základní informace
Transistor s polem s oxidem a polovodičem, MOSFET), zkrácenětranzistor s efektem oxidu kovu s polovičním polem, je tranzistor s efektem pole, který lze široce použít v analogových a digitálních obvodech>"kanály". "polarita, tranzistory s efektem polovodičového pole s oxidem kovu lze rozdělit na typ N kanálů s většinou elektronů a typ kanálu P s většinou děr. Obvykle se jim říká IsN typ tranzistoru s oxidem kovů s polovičním polem (NMOSFET) a P-typ ET efekt oxidového přechodového pole MOS.
JudgingfromthenameoftheMOSFET,itwillactuallygivepeoplethewrongimpression.BecauseMOSFETisthefirstletterMoftheEnglishword"metal",itdoesnotexistinmostofthecurrentcomponentsofthesamekind.Earlymetaloxidehalffieldeffecttransistorgateusedmetalasamaterial,butwiththeadvancementofsemiconductortechnology,modernmetaloxidehalffieldeffecttransistorgatehasreplacedmetalwithpolysilicon.
MetalOxideHalfFieldEffectTransistorisconceptually"Insulated-GateFieldEffectTransistor"(Insulated-GateFieldEffectTransistor,IGFET).ThegateinsulatinglayerofIGFETmaybeothermaterialsthantheoxidelayerusedinMOSFETs.SomepeopleprefertouseIGFETswhenreferringtofieldeffecttransistorcomponentswithpolysilicongates,butmostoftheseIGFETsrefertometaloxidehalffieldeffecttransistors.
TheoxidelayerintheMOSFETislocatedaboveitschannel.Dependingonitsoperatingvoltage,thethicknessofthisoxidelayerisonlytenstohundredsofangstroms(Å).Usuallythematerialissilicondioxide(SiO2),butsomenewadvancedprocessescanalreadyusesiliconoxynitride(SiON)astheoxidelayer.
Today'ssemiconductorcomponentmaterialsareusuallysiliconasthefirstchoice,butsomesemiconductorcompanieshavedevelopedprocessesthatuseothersemiconductormaterials.ThemostfamousisthesilicongermaniumprocessdevelopedbyIBMusingamixtureofsiliconandgermanium.(SiGeprocess).Itisapitythatmanysemiconductormaterialswithgoodelectricalproperties,suchasgalliumarsenide(GaAs),cannotgrowagood-qualityoxidelayeronthesurface,sotheycannotbeusedtomakeMOSFETcomponents.
WhenalargeenoughpotentialdifferenceisappliedbetweenthegateandsourceoftheMOSFET,theelectricfieldwillinducechargesonthesurfaceofthesemiconductorundertheoxidelayer.Aso-called"inversionchannel"isformed.Thepolarityofthechannelisthesameasitsdrainandsource.Assumingthatthedrainandsourcearen-type,thenthechannelwillalsoben-type.Afterthechannelisformed,theMOSFETcanallowcurrenttopass,anddependingonthevoltageappliedtothegate,theamountofcurrentthatcanflowthroughthechanneloftheMOSFETwillalsochangeunderitscontrol..
Symboly obvodů
Symboly obvodů běžně používané v MOSFETech mají mnoho forem, nejběžnější návrh je ten, že svislá čára představuje kanál (kanál), dva. zobrazenonaobrázkuníže.Někdy je přímá čára představující kanál nahrazena přerušovanou čárou, aby bylo možné rozlišit mezirežimem vylepšení (také známým jako vylepšený) MOSFETadepletionmode(depletionmode).,Také známý jako typ vyčerpání)MetalOxideHalfFieldEffectTransistor.
Becausethemetaloxidehalffieldeffecttransistorontheintegratedcircuitchipisafour-terminalcomponent,inadditiontothesource(S),drain(D),andgate(G),thereisalsoaBase(BulkorBody).IntheMOSFETcircuitsymbol,thedirectionofthearrowextendingfromthechanneltotherightcanindicatethatthedeviceisann-typeorp-typeMOSFET.ThearrowdirectionalwayspointsfromthePterminaltotheNterminal,sothearrowpointingfromthechanneltothebaseterminalisap-typeMOSFET,orPMOSforshort(representingthechannelofthiscomponentasp-type);otherwise,itrepresentsthebaseelectrodep-type,andthechannelisn-type,thisdeviceisann-typeMOSFET,referredtoasNMOS.InageneraldistributedMOSFETcomponent,thebaseandsourceareusuallyconnectedtogether,sothedistributedMOSFETisusuallyathree-terminalcomponent.TheMOSFETsinintegratedcircuitsusuallyusethesamecommonbulk,sothepolarityofthebaseisnotmarked,andacircleisaddedtothegateofthePMOStoshowthedifference.
Princip činnosti
Jádro tranzistoru s efektem polovičního pole oxidu kovu
Struktura kov-oxidová vrstva-polovodič
MetaloxidehalffieldeffectTransistorisstructuredwithametal-oxidelayer-semiconductorcapacitorasthecore(mostlyMOSfield-effecttransistorsusepolysiliconinsteadofmetalasitsgatematerial),andmostoftheoxidelayerismadeofsilicondioxide.Thebaseofthesilicon,andaboveitisthepolysiliconasthegate.Suchastructureisexactlyequaltoacapacitor.Theoxidelayeristhedielectricmaterialinthecapacitor,andthecapacitancevalueisdeterminedbythethicknessoftheoxidelayerandthedielectricconstantofsilicondioxide(dielectricconstant).)Todecide.ThegatepolysiliconandbasesiliconbecomethetwoendpointsoftheMOScapacitor.
Když je přes kondenzátor MOS přivedeno napětí, změní se také rozložení náboje tohoto polovodiče. Vezměme si MOS kondenzátor tvořený polovodičem typu ap (koncentrace díry jeNA), když je kladné napětíVGBaplikováno na centrovací a základní svorky, jako jsou Když budeVGBdostatečně silné V polovodiči typu p je oblast, kde koncentrace elektronu (záporně nabitá) přesahuje koncentraci otvoru (kladně nabitá), tzv.inverzní vrstva(inverzní vrstva).
ThecharacteristicsoftheMOScapacitordeterminetheoperatingcharacteristicsoftheMOSFET,butacompleteMOSFETstructurealsorequiresasourcethatprovidesamajoritycarrierandThedrainthatacceptsthesemajoritycarriers.
Struktura MOSFETů
Jak je uvedeno výše,jádro MOSFET je kondenzátor MOS umístěný ve středu a levá a pravá strana jsou kondenzátory MOS.Zdroj a odvod.Charakteristika zdroje a odvodu musí být stejného typu (tj. NMOS) nebo stejného typu (tj. PMOS). )Nznamená polaritu dopovaných nečistot v oblasti zdroje a odtoku jeN;(2)"+"Znamená to, že tato oblast je silně dotovaná oblast, což znamená, že koncentrace elektronů v této oblasti je vyšší než v jiných oblastech. Zdroj a drenáž jsou odděleny oblastí opačného pólu, což je takzvaná základní (nebo základní) oblast.Pokud je NMOS, pak dopování základní oblastiisp-typu.Naopak pro PMOS by substráty měly být typu, zatímco zdroj a odvodňovací rep-typ (a silně dopovanýP+).
ForthisNMOS,onlythesurfaceareaofthesemiconductordirectlybelowtheMOScapacitorisactuallyusedasachannelforcarrierstopassthrough.Whenapositivevoltageisappliedtothegate,negativelychargedelectronswillbeattractedtothesurface,formingachannel,allowingthemajorityofn-typesemiconductorcarriers—electronstoflowfromthesourcetothedrain.Ifthisvoltageisremoved,oranegativevoltageisapplied,thenthechannelcannotbeformed,andthecarrierscannotmovebetweenthesourceanddrain.
AssumingthattheobjectofoperationischangedtoPMOS,thenthesourceanddrainarep-type,andthesubstrateisn-type.WhenanegativevoltageisappliedtothegateofthePMOS,theholesonthesemiconductorwillbeattractedtothesurfacetoformachannel,andthemajorityofthesemiconductor-holescanflowfromthesourcetothedrain.Assumingthatthisnegativevoltageisremoved,orapositivevoltageisadded,thechannelcannotbeformed,andthecarrierscannotbemovedbetweenthesourceandthedrain.
Zejména zdroj v MOSFET znamená"poskytování zdroje většinových přenašečů". U NMOS jsou většina nosičů elektrony, u PMOS jsou většina nosičů díry. Naproti tomu kanál je koncovka, která přijímá většinové nosiče.
Provozní režim MOSFET
Podle "předpojatosti" aplikované na bránu, zdroj a odvodnění MOSFETu." (Předpětí) je jiné, jako běžné vylepšení moderního typu.