Tranzistory MOSFET jsou polem řízené tranzistory s řídící elektrodou izolovanou od polovodičové struktury tenkou vrstvou kysličníku (nejčastěji SiO₂). Bývají s indukovaným nebo vodivým kanálem typu N nebo P.

Doporučené webové stránky: SPŠE Mohelnice - základy elektroniky -MOSFET

MOSFET s indukovaným kanálem N

Provedení a princip funkce

V polovodičové destičce typu P jsou vytvořeny dvě oblasti s vodivostí typu N, které jsou opatřeny vývody. Nazývají se Source a Drain. Mezi nimi zůstává oblast P opatřená na povrchu tenkou izolační vrstvou např. SiO₂. Na této izolační vrstvě je nanesena kovová vrstva řídící elektrody Gate).

Mezi elektrodami S a D jsou tedy zapojeny proti sobě dva přechody PN, z nichž jeden je vždy polarizován v závěrném směru. Tranzistorem začne téci proud, až když kladným napětím připojeným na řídící elektrodu G přitáhneme mezi oblasti S a G elektrony. Řídící elektrodou G teče pouze nepatrný proud řádu 10^-14A. Kapacita mezi kovovou vrstvou a destičkou polovodiče ovšem při střídavých napětích proudový odběr způsobuje.

Popis funkce

Protože jsou mezi elektrodami S a D jsou zapojeny proti sobě dva přechody PN, z nichž jeden je vždy polarizován v závěrném směru. Při napětí U_GS=0 teče pouze nepatrný proud minoritních nosičů (elektronů). Tranzistorem začne téci proud, až když kladným napětím na U_GS přitáhneme mezi oblasti S a D volné elektrony. Je-li napětí řídící elektrody U_GS kladné, přitahují se k řídící elektrodě G volné elektrony, které se v oblasti P vyskytují jako minoritní nosiče. Díry jsou od řídící elektrody odpuzovány hlouběji do polovodiče. V oblasti P pod izolační vrstvou se tedy vytvoří tenký pás s převahou volných elektronů, ve kterém se typ vodivosti změní na N. Tento tzv. indukovaný kanál způsobuje vodivé spojení mezi elektrodami S a D. (Oblasti typu N se spojí kanálem typu N). Čím je napětí na řídící elektrodě vyšší, tím je indukovaný kanál širší a bohatší na volné elektrony a tím větší proud jím prochází. Proud kanálem může procházet oběma směry. Při nulovém nebo záporném napětí na elektrodě G proud neteče.

Pro malá napětí U_DS se FET tranzistor chová jako proměnný odpor, jehož velikost závisí na napětí U_GS. Při větším napětí U_GS je odpor mezi elektrodami D a S menší a tranzistorem protéká větší proud.

Při nárůstu napětí U_DS dochází k vytváření vyčerpané oblasti na přechodu substrát - drain. Tím se indukovaný vodivý kanál smědem k drainu zužuje a nárůst proudu I_D v závislosti na U_DS se zpomaluje. Od určitého napětí U_DS se tranzistor chová jako U_GS řízený zdroj proudu.

Charakteristiky

Ochrana izolační vrstvy mezi řídící elektrodou a polovodičem

Při manipulaci s tranzistorem je třeba počítat s tím, že izolační oxidová vrstva bývá velmi tenká, a proto se může působením elektrostatických nábojů snadno elektricky prorazit. Tím se tranzistor poškodí. K tomu může dojít například při dotknutí se vývodu G rukou nebo nástrojem.

Aby se zničení tranzistoru předešlo, spojují se vývody S a G nakrátko a spojení se přeruší až po zapojení tranzistoru do obvodu.

MOSFET s indukovaným kanálem P

Provedení a princip funkce

Tranzistor MOSFET může být i s opačným typem vodivosti. V takovém případě se na destičce polovodiče typu N indukuje přitažením děr záporným napětím U_GS mezi oblastmi S a D kanál typu P.

Popis funkce

V polovodičové destičce typu N jsou vytvořeny dvě oblasti s vodivostí typu P. K nim jsou připojeny přívody S a D. Mezi nimi zůstává oblast opatřená izolační vrstvou např. SiO₂. Na této izolační vrstvě je nanesena kovová vrstva řídící elektrody G. Mezi elektrodami S a D jsou tedy zapojeny proti sobě dva přechody PN, z nichž jeden je vždy polarizován v závěrném směru.

Tranzistorem začne téci proud, až když záporným napětím U_GS přitáhneme mezi oblasti S a D díry.

MOSFET s vodivým kanálem N

Provedení a princip funkce

Tranzistor MOSFET s vodivým kanálem má oblasti S a D spojené tenkou vrstvou stejné vodivosti. V tomto případě má oblasti typu N spojené vrstvou typu N. Z toho plyne, že tranzistorem teče proud i při nulovém napětí na řídící elektrodě. Přivedením napětí můžeme proud mezi elektrodami zmenšovat i zvětšovat.

V obohacovacím režimu přitahujeme pomocí kladného napětí připojeného na řídící elektrodu G mezi S a D další elektrony. Tím se proud mezi S a D zvětšuje.

V ochuzovacím režimu elektrony pomocí záporného napětí připojeného na řídící elektrodu G mezi S a D  vytlačujeme. Tím se proud I_D zmenšuje.

Charakteristiky

MOSFET s vodivým kanálem P

Popis funkce

Tranzistor funguje obdobně jako s kanálem typu N. Pouze znaménka napětí a proudů a typy polovodičů jsou opačná.

Porovnání charakteristik