Eletrônica Básica - MOSFET

Os FETs têm algumas desvantagens, como alta resistência de drenagem, impedância de entrada moderada e operação mais lenta. Para superar essas desvantagens, o MOSFET, que é um FET avançado, foi inventado.

MOSFET significa Transistor de efeito de campo de óxido metálico de silício ou Transistor de efeito de campo de óxido metálico semicondutor. Isso também é chamado de IGFET, que significa Transistor de efeito de campo de porta isolada. O FET é operado nos modos de operação de esgotamento e aprimoramento. A figura a seguir mostra a aparência de um MOSFET prático.

Construção de um MOSFET

A construção de um MOSFET é um pouco semelhante ao FET. Uma camada de óxido é depositada no substrato ao qual o terminal de porta está conectado. Esta camada de óxido atua como um isolante (sio ₂ isola do substrato) e, portanto, o MOSFET tem outro nome como IGFET. Na construção do MOSFET, um substrato levemente dopado, é difundido com uma região fortemente dopada. Dependendo do substrato usado, eles são chamados deP-type e N-type MOSFETs.

A figura a seguir mostra a construção de um MOSFET.

A tensão na porta controla a operação do MOSFET. Nesse caso, as tensões positivas e negativas podem ser aplicadas no gate, já que ele é isolado do canal. Com tensão de polarização negativa, atua comodepletion MOSFET enquanto com tensão de polarização positiva, atua como um Enhancement MOSFET.

Classificação de MOSFETs

Dependendo do tipo de materiais usados ​​na construção e do tipo de operação, os MOSFETs são classificados conforme a figura a seguir.

Após a classificação, passemos pelos símbolos do MOSFET.

o N-channel MOSFETs são simplesmente chamados de NMOS. Os símbolos para MOSFET de canal N são fornecidos abaixo.

o P-channel MOSFETs são simplesmente chamados de PMOS. Os símbolos para MOSFET do canal P são os dados abaixo.

Agora, vamos examinar os detalhes de construção de um MOSFET de canal N. Normalmente, um MOSFET NChannel é considerado para explicação, pois este é mais usado. Além disso, não há necessidade de mencionar que o estudo de um tipo explica o outro também.

Construção de MOSFET de Canal N

Vamos considerar um MOSFET de canal N para entender seu funcionamento. Um substrato do tipo P levemente dopado é levado para dentro do qual duas regiões do tipo N fortemente dopadas são difundidas, que atuam como fonte e dreno. Entre essas duas regiões N +, ocorre difusão para formar um canal N, conectando dreno e fonte.

Uma fina camada de Silicon dioxide (SiO₂)é desenvolvido em toda a superfície e orifícios são feitos para desenhar contatos ôhmicos para os terminais de drenagem e fonte. Uma camada condutora dealuminum é colocado sobre todo o canal, sobre este SiO₂camada da fonte ao dreno que constitui o portão. oSiO₂ substrate está conectado aos terminais comuns ou de aterramento.

Por causa de sua construção, o MOSFET tem uma área de chip muito menor do que o BJT, que é 5% da ocupação quando comparado ao transistor de junção bipolar. Este dispositivo pode ser operado em modos. Eles são modos de esgotamento e aprimoramento. Vamos tentar entrar em detalhes.

Funcionamento do canal N (modo de depleção) MOSFET

Por enquanto, temos uma ideia de que não há junção PN presente entre a porta e o canal neste, ao contrário de um FET. Podemos também observar que, o canal difuso N (entre duas regiões N +), oinsulating dielectric SiO₂ e a camada de metal de alumínio do portão juntos formam um parallel plate capacitor.

Se o NMOS tiver que ser operado no modo de depleção, o terminal do gate deve estar em potencial negativo enquanto o dreno está em potencial positivo, conforme mostrado na figura a seguir.

Quando nenhuma tensão é aplicada entre a porta e a fonte, alguma corrente flui devido à tensão entre o dreno e a fonte. Deixe que alguma tensão negativa seja aplicada emV_GG. Então, os portadores minoritários, ou seja, buracos, são atraídos e se estabelecem pertoSiO₂camada. Mas a maioria dos portadores, ou seja, os elétrons são repelidos.

Com alguma quantidade de potencial negativo em V_GG uma certa quantidade de corrente de drenagem I_Dflui através da fonte para drenar. Quando este potencial negativo é aumentado ainda mais, os elétrons se esgotam e a correnteI_Ddiminui. Portanto, quanto mais negativo o aplicadoV_GG, menor o valor da corrente de drenagem I_D será.

O canal mais próximo ao dreno fica mais esgotado do que na fonte (como no FET) e o fluxo de corrente diminui devido a este efeito. Por isso, é denominado como modo de esgotamento MOSFET.

Trabalho de MOSFET de canal N (modo de aprimoramento)

O mesmo MOSFET pode ser trabalhado no modo de realce, se pudermos alterar as polaridades da tensão V_GG. Então, vamos considerar o MOSFET com tensão de fonte de portaV_GG sendo positivo conforme mostrado na figura a seguir.

Quando nenhuma tensão é aplicada entre a porta e a fonte, alguma corrente flui devido à tensão entre o dreno e a fonte. Deixe que alguma tensão positiva seja aplicada emV_GG. Em seguida, os portadores minoritários, ou seja, buracos, são repelidos e os portadores majoritários, ou seja, os elétrons são atraídos para oSiO₂ camada.

Com alguma quantidade de potencial positivo em V_GG uma certa quantidade de corrente de drenagem I_Dflui através da fonte para drenar. Quando este potencial positivo é aumentado ainda mais, a correnteI_D aumenta devido ao fluxo de elétrons da fonte e estes são empurrados ainda mais devido à tensão aplicada em V_GG. Portanto, quanto mais positivo for o aplicadoV_GG, mais o valor da corrente de drenagem I_Dserá. O fluxo de corrente é melhorado devido ao aumento do fluxo de elétrons do que no modo de depleção. Portanto, este modo é denominado comoEnhanced Mode MOSFET.

P - Canal MOSFET

A construção e o funcionamento de um PMOS são iguais aos do NMOS. Um pouco dopadon-substrate é levado para o qual dois fortemente dopados P+ regionssão difusos. Essas duas regiões P + atuam como fonte e dreno. Uma fina camada deSiO₂é cultivado na superfície. Furos são feitos nesta camada para fazer contato com as regiões P +, conforme mostrado na figura a seguir.

Trabalho de PMOS

Quando o terminal do portão recebe um potencial negativo em V_GG do que a tensão da fonte de drenagem V_DD, então, devido às regiões P + presentes, a corrente do orifício é aumentada através do canal P difuso e o PMOS funciona em Enhancement Mode.

Quando o terminal do portão recebe um potencial positivo em V_GG do que a tensão da fonte de drenagem V_DD, então, devido à repulsão, ocorre o esgotamento devido ao qual o fluxo de corrente diminui. Assim, PMOS funciona emDepletion Mode. Embora a construção seja diferente, o funcionamento é semelhante em ambos os tipos de MOSFETs. Portanto, com a mudança na polaridade da tensão, ambos os tipos podem ser usados ​​em ambos os modos.

Isso pode ser melhor entendido tendo-se uma ideia da curva de características do dreno.

Características de drenagem

As características de drenagem de um MOSFET são desenhadas entre a corrente de drenagem I_D e a tensão da fonte de drenagem V_DS. A curva característica é mostrada abaixo para diferentes valores de entradas.

Na verdade, quando V_DS é aumentada, a corrente de drenagem I_D deve aumentar, mas devido ao V_GS, a corrente de dreno é controlada em determinado nível. Portanto, a corrente da porta controla a corrente de drenagem de saída.

Características de transferência

As características de transferência definem a mudança no valor de V_DS com a mudança em I_D e V_GSnos modos de esgotamento e aprimoramento. A curva característica de transferência abaixo é desenhada para corrente de dreno versus tensão de porta para fonte.

Comparação entre BJT, FET e MOSFET

Agora que discutimos todos os três anteriores, vamos tentar comparar algumas de suas propriedades.

TERMOS	BJT	FET	MOSFET
Tipo de dispositivo	Corrente controlada	Tensão controlada	Tensão controlada
Fluxo de corrente	Bipolar	Unipolar	Unipolar
Terminais	Não intercambiável	Intercambiável	Intercambiável
Modos operacionais	Sem modos	Modo de esgotamento apenas	Modos de aprimoramento e esgotamento
Impedância de entrada	Baixo	Alto	Muito alto
Resistência de saída	Moderado	Moderado	Baixo
Velocidade operacional	Baixo	Moderado	Alto
Ruído	Alto	Baixo	Baixo
Estabilidade térmica	Baixo	Melhor	Alto

Até agora, discutimos vários componentes eletrônicos e seus tipos, juntamente com sua construção e funcionamento. Todos esses componentes têm vários usos no campo da eletrônica. Para ter um conhecimento prático de como esses componentes são usados ​​em circuitos práticos, consulte o tutorial CIRCUITOS ELETRÔNICOS.