MOSFET
MOSFET σημαίνει τρανζίστορ πεδίου επίδρασης μετάλλου-οξειδίου-ημιαγωγού. Τα τρανζίστορ είναι μικρές ηλεκτρικές συσκευές που χρησιμοποιούνται, μεταξύ άλλων, σε ξυπνητήρια, αριθμομηχανές και, ίσως το πιο γνωστό, στους υπολογιστές- είναι μερικά από τα πιο βασικά δομικά στοιχεία της σύγχρονης ηλεκτρονικής. Μερικά MOSFET ενισχύουν ή επεξεργάζονται αναλογικά σήματα. Τα περισσότερα χρησιμοποιούνται στα ψηφιακά ηλεκτρονικά.
Τα MOSFET λειτουργούν σαν βαλβίδες για την ηλεκτρική ενέργεια. Έχουν μία σύνδεση εισόδου (την "πύλη") η οποία χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ροής του ηλεκτρισμού μεταξύ δύο άλλων συνδέσεων (την "πηγή" και την "αποστράγγιση"). Με άλλα λόγια, η πύλη λειτουργεί ως διακόπτης που ελέγχει τις δύο εξόδους. Σκεφτείτε έναν διακόπτη φωτισμού με δυνατότητα ρύθμισης του φωτισμού: το ίδιο το κουμπί επιλέγει "ON", "OFF", ή κάπου ενδιάμεσα, ελέγχοντας τη φωτεινότητα του φωτός. Σκεφτείτε ένα MOSFET στη θέση του διακόπτη φωτός: ο ίδιος ο διακόπτης είναι η "πύλη", η "πηγή" είναι η ισχύς που έρχεται στο σπίτι και η "αποστράγγιση" είναι η λάμπα.
Η ονομασία MOSFET περιγράφει τη δομή και τη λειτουργία του τρανζίστορ. Το MOS αναφέρεται στο γεγονός ότι ένα MOSFET κατασκευάζεται με τη διαστρωμάτωση μετάλλου (η "πύλη") πάνω σε οξείδιο (μονωτικό υλικό που εμποδίζει τη ροή του ηλεκτρισμού) πάνω σε ημιαγωγό (η "πηγή" και η "αποστράγγιση"). Το FET περιγράφει τη δράση της πύλης πάνω στον ημιαγωγό. Ένα ηλεκτρικό σήμα αποστέλλεται στην πύλη, η οποία δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο που μεταβάλλει τη σύνδεση μεταξύ της "πηγής" και της "αποστράγγισης".
Σχεδόν όλα τα MOSFET χρησιμοποιούνται σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Από το 2008, είναι δυνατόν να τοποθετηθούν 2.000.000.000.000 τρανζίστορ σε ένα μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα. Το 1970, ο αριθμός αυτός ήταν περίπου 2.000.
MOSFET σε ατομική συσκευασία
Θεωρία
Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τρόποι για την κατασκευή MOSFET στον ημιαγωγό. Η απλούστερη μέθοδος φαίνεται στο διάγραμμα στα δεξιά αυτού του κειμένου. Το μπλε μέρος αντιπροσωπεύει πυρίτιο τύπου P, ενώ το κόκκινο μέρος αντιπροσωπεύει πυρίτιο τύπου N. Η διασταύρωση των δύο τύπων αποτελεί μια δίοδο. Στον ημιαγωγό πυριτίου, υπάρχει μια ιδιορρυθμία που ονομάζεται "Περιοχή εξάντλησης". Στο ντοπαρισμένο πυρίτιο, με ένα μέρος να είναι ντοπαρισμένο τύπου N και ένα μέρος να είναι ντοπαρισμένο τύπου P, μια περιοχή εξάντλησης θα σχηματιστεί φυσικά στην τομή μεταξύ των δύο. Αυτό συμβαίνει λόγω των αποδεκτών και των δοτών τους. Το πυρίτιο τύπου P έχει αποδέκτες, γνωστούς και ως οπές, οι οποίοι έλκουν ηλεκτρόνια προς το μέρος τους. Το πυρίτιο τύπου Ν έχει δότες, ή αλλιώς ηλεκτρόνια, τα οποία έλκονται από τις οπές. Στο σύνορο μεταξύ των δύο, τα ηλεκτρόνια από τον τύπο Ν γεμίζουν τις οπές του τύπου Ρ. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα άτομα του αποδέκτη ή τα άτομα του τύπου P να φορτίζονται αρνητικά και, καθώς τα αρνητικά φορτία έλκουν τα θετικά φορτία, οι αποδέκτες ή οι οπές θα ρέουν προς τη "διασταύρωση". Στην πλευρά του τύπου Ν υπάρχει θετικό φορτίο, με αποτέλεσμα οι δότες, ή τα ηλεκτρόνια, να ρέουν προς τη "διασταύρωση". Όταν φτάσουν εκεί, θα απωθηθούν από το αρνητικό φορτίο στην άλλη πλευρά της "ένωσης", καθώς τα όμοια φορτία απωθούνται. Το ίδιο θα συμβεί και στην πλευρά τύπου P, οι δότες ή οι οπές θα απωθούνται από τη θετική περιοχή στην πλευρά τύπου N. Καμία ηλεκτρική ενέργεια δεν μπορεί να ρέει μεταξύ των δύο, αφού κανένα ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να μετακινηθεί προς την άλλη πλευρά.
Τα MOSFET το χρησιμοποιούν αυτό προς όφελός τους. Το "σώμα" του MOSFET τροφοδοτείται αρνητικά, γεγονός που διευρύνει την περιοχή εξάντλησης, καθώς οι οπές γεμίζουν με τα νέα ηλεκτρόνια, οπότε η αντίθετη δύναμη προς τα ηλεκτρόνια στην πλευρά Ν γίνεται πολύ μεγαλύτερη. Η "Πηγή" του MOSFET τροφοδοτείται αρνητικά, γεγονός που συρρικνώνει εντελώς τη ζώνη εξάντλησης στον τύπο N, αφού υπάρχουν αρκετά ηλεκτρόνια για να γεμίσουν τη θετική ζώνη εξάντλησης. Η "αποστράγγιση" έχει θετική τροφοδοσία. Όταν η "Πύλη" τροφοδοτείται με θετική ισχύ, θα κάνει ένα μικρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο θα αφαιρέσει τη ζώνη εξάντλησης ακριβώς κάτω από την πύλη, αφού θα υπάρχει ένας "ψεκασμός" οπών, ο οποίος θα κάνει κάτι που ονομάζεται "κανάλι N". Το κανάλι N-Channel είναι μια προσωρινή περιοχή της περιοχής πυριτίου τύπου P, όπου δεν υπάρχει ζώνη εξάντλησης. Το θετικό ηλεκτρικό πεδίο θα εξουδετερώσει όλα τα πλεονάζοντα ηλεκτρόνια που αποτελούν τη ζώνη εξάντλησης. Τα ηλεκτρόνια στην περιοχή της πηγής θα έχουν τότε ελεύθερο δρόμο για να μετακινηθούν προς το "Drain", γεγονός που θα κάνει τη ροή του ηλεκτρισμού από την πηγή στην αποστράγγιση.
Διάγραμμα ενός απλού MOSFET
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι ένα MOSFET;
A: Ένα MOSFET είναι ένα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου μεταλλικού οξειδίου-ημιαγωγού, το οποίο είναι ένα ηλεκτρονικό στοιχείο που λειτουργεί ως ηλεκτρικά ελεγχόμενος διακόπτης.
Ερ: Σε τι χρησιμοποιούνται τα τρανζίστορ;
Α: Τα τρανζίστορ είναι μικρές ηλεκτρικές διατάξεις που χρησιμοποιούνται σε ραδιόφωνα, αριθμομηχανές και υπολογιστές- είναι μερικά από τα βασικότερα δομικά στοιχεία των σύγχρονων ηλεκτρονικών συστημάτων.
Ε: Πώς λειτουργεί ένα MOSFET;
Α: Ένα MOSFET λειτουργεί σαν μια βαλβίδα για την ηλεκτρική ενέργεια. Διαθέτει μία σύνδεση εισόδου (την "πύλη") η οποία χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ροής του ηλεκτρισμού μεταξύ δύο άλλων συνδέσεων (την "πηγή" και την "αποστράγγιση"). Η πύλη λειτουργεί ως διακόπτης που ελέγχει τις δύο εξόδους.
Ερ: Σε τι αναφέρεται η ονομασία "MOSFET";
Α: Η ονομασία MOSFET περιγράφει τη δομή και τη λειτουργία του τρανζίστορ. Το "MOS" αναφέρεται στο γεγονός ότι κατασκευάζεται με τη διαστρωμάτωση μετάλλου (η "πύλη") πάνω σε οξείδιο (μονωτικό υλικό που εμποδίζει τη ροή του ηλεκτρισμού) πάνω σε ημιαγωγό (η "πηγή" και η "αποστράγγιση"). Το "FET" περιγράφει τη δράση της πύλης πάνω στον ημιαγωγό.
Ερ: Πού χρησιμοποιούνται σχεδόν όλα τα MOSFETS;
Α: Σχεδόν όλα τα MOSFETS χρησιμοποιούνται σε ολοκληρωμένα κυκλώματα.
Ερ: Πόσα τρανζίστορ μπορούν να χωρέσουν σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα σήμερα σε σύγκριση με το 1970;
Α: Από το 2008, είναι δυνατόν να τοποθετηθούν 2.000.000.000 τρανζίστορ σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, ενώ το 1970 μπορούσαν να τοποθετηθούν περίπου 2.000 σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα.
