Arbeitsprinzip von MOSFET P-Kanal N-Kanal-MOSFET

MOSFET steht für Met al Oxide SHalbleiter Field Effect TRansistor. Das Mosfet ist ein Kondensator-Transistorgerät. Der Kondensator spielt eine wesentliche Rolle für den Betrieb eines MOSFET. Wir nennen das Gerät auch als Isolierter Gate-Feldeffekttransistor (IGFET) oder Metallisolator-Feldeffekttransistor (MIFET). Warum wir das so nennen, werden wir verstehen, wenn wir die Konstruktionsmerkmale dieses Transistorbauelements untersuchen. Wir müssen einen Blick auf die Konstruktion des MOSFET werfen, während wir durch den Arbeitsprinzip von Mosfet. Konstruktiv können wir das Gerät in vier Typen einteilen.

• P - Channel Enhancement MOSFET
• N - Channel Enhancement MOSFET
• P-Kanal-Verarmungs-MOSFET
• N-Kanal-Verarmungs-MOSFET

P - Channel Enhancement MOSFET

Wir nennen auch die p-Kanal-MOSFET wie PMOS. Hier ist ein Substrat aus leicht dotiertem n-TypHalbleiter bildet den Hauptkörper der Vorrichtung. Zu diesem Zweck verwenden wir üblicherweise Silizium- oder Galliumarsenid-Halbleitermaterial. Es gibt zwei stark dotierte p-Bereiche, die um einen bestimmten Abstand L voneinander getrennt sind. Wir bezeichnen diesen Abstand L als Kanallänge und es liegt in der Größenordnung von 1 µm.

Jetzt gibt es eine dünne Schicht aus Siliziumdioxid (SiO)₂) auf dem Substrat. Wir können auch Al verwenden₂O₃ zu diesem Zweck aber SiO₂ ist am häufigsten. Diese Schicht auf dem Substrat verhält sich wie ein Dielektrikum. Auf diesem SiO ist eine Aluminiumplatte angebracht₂ dielektrische Schicht.

Jetzt bilden die Aluminiumplatte, das Dielektrikum und das Halbleitersubstrat einen Kondensator auf der Vorrichtung.

Die Terminals sind mit zwei p-Regionen verbundendie Quelle (S) und der Drain (D) der Vorrichtung. Das Terminal, das von der Aluminiumplatte des Kondensators vorsteht, ist das Gate (G) der Vorrichtung. Wir verbinden auch die Quelle und den Körper des Mosfets mit der Erde, um die Zufuhr und den Abzug freier Elektronen je nach Anforderung während des Betriebs des MOSFET zu erleichtern. Nun legen wir eine negative Spannung am Gate (G) an. Dies erzeugt ein negatives statisches Potential an der Aluminiumplatte des Kondensators. Aufgrund der kapazitiven Wirkung wird positive Ladung direkt unter der dielektrischen Schicht angesammelt.

Grundsätzlich sind die freien Elektronen dieses Teils vondas n-Typ-Substrat wird durch die Abstoßung der negativen Gate-Platte weg verschoben, und hier erscheinen hier Schichten aus unbedeckten positiven Ionen. Wenn wir nun die negative Spannung am Gate-Anschluss nach einer bestimmten Spannung, die als Schwellenspannung bezeichnet wird, aufgrund der elektrostatischen Kraft weiter erhöhen, kovalente Bindungen des Kristalls direkt unter dem SiO₂ Schicht beginnt zu brechen. Folglich werden dort Elektronen-Loch-Paare erzeugt. Die Löcher werden angezogen und freie Elektronen werden aufgrund der Negativität des Gates aufgehoben. Auf diese Weise steigt die Konzentration von Löchern dort an und bildet einen Kanal von Löchern von Source zu Drain. Löcher kommen auch aus sowohl stark dotiertem Source- als auch Drain-Bereich vom p-Typ. Aufgrund der Konzentration von Löchern in diesem Kanal wird der Kanal in der Natur leitend, durch die elektrischer Strom fließen kann.

Nun legen wir eine negative Spannung am Drain anTerminal. Die negative Spannung in dem Drain-Bereich verringert die Spannungsdifferenz zwischen Gate und Drain, wodurch die Breite des leitfähigen Kanals in Richtung auf den Drain-Bereich verringert wird, wie unten gezeigt. Gleichzeitig fließt der Strom von der Quelle zum Drain, wie durch die Pfeilspitze dargestellt.Der im mosfet erstellte Kanal bietet aWiderstand gegen den Strom von Source zu Drain. Der Widerstand des Kanals hängt vom Querschnitt des Kanals ab und der Querschnitt des Kanals hängt wiederum von der angelegten negativen Gatespannung ab. Wir können also den Strom von der Source zur Drain mit Hilfe einer angelegten Gatespannung steuern. Daher ist der MOSFET eine spannungsgesteuerte elektronische Vorrichtung. Da die Konzentration der Löcher den Kanal bildet und der Strom durch den Kanal aufgrund der Zunahme der negativen Gatespannung zunimmt, nennen wir den MOSFET als P-Channel Enhancement-MOSFET.

N - Channel Enhancement MOSFET

Der N-Channel Enhancement MOSFET funktioniertÄhnlich wie der P-Channel Enhancement-MOSFET, aber nur betrieblich und konstruktiv unterscheiden sich diese beiden voneinander. In einem N-Kanal-Anreicherungs-MOSFET bildet ein leicht dotiertes p-Typ-Substrat den Körper der Vorrichtung, und Source- und Drain-Bereiche sind stark mit n-Typ-Störstellen dotiert. Auch hier verbinden wir Körper und Quelle gemeinsam mit dem Erdpotential. Nun legen wir eine positive Spannung an den Gate-Anschluss an. Aufgrund der Positivität des Gates und des entsprechenden kapazitiven Effekts werden freie Elektronen, d. H. Minoritätsträger des p-Typ-Substrats, zum Gate hin angezogen und bilden direkt unter der dielektrischen Schicht eine Schicht aus negativen, unbedeckten Ionen, indem diese freien Elektronen mit Löchern rekombiniert werden. Wenn wir die positive Gate-Spannung nach dem Schwellenspannungspegel kontinuierlich erhöhen, wird der Rekombinationsprozess gesättigt und dann beginnen sich freie Elektronen an der Stelle anzusammeln, um einen leitfähigen Kanal aus freien Elektronen zu bilden. Die freien Elektronen stammen auch aus dem stark dotierten n- Gebiet von Source und Drain. Wenn wir nun eine positive Spannung an den Drain anlegen, fließt der Strom durch den Kanal. Der Widerstand des Kanals hängt von der Anzahl der freien Elektronen im Kanal ab, und die Anzahl der freien Elektronen im Kanal hängt wiederum vom Gatepotential des Bauelements ab. Da die Konzentration der freien Elektronen den Kanal bildet und der Strom durch den Kanal aufgrund der Erhöhung der Gatespannung zunimmt, wird der MOSFET als N - Channel Enhancement - MOSFET bezeichnet.

N-Kanal-Verarmungs-MOSFET

Das Arbeitsprinzip des Erschöpfungs-MOSFET ist ein bisschen anders als das vonVerbesserungs-MOSFET. N-Channel-Depletion-MOSFET Das Substrat (Körper) besteht aus einem Halbleiter vom p-Typ. Die Source- und Drain-Bereiche bestehen aus dem stark dotierten Halbleiter vom n-Typ. Der Raum zwischen den Source- und Drain-Bereichen wird durch Verunreinigungen vom n-Typ gestreut. Wenn nun eine Potentialdifferenz zwischen Source und Drain angelegt wird, fließt ein Strom durch den gesamten n-Bereich des Substrats.

Nun legen wir eine negative Spannung am Gate-Anschluss an. Aufgrund des kapazitiven Effekts werden die freien Elektronen im n-Bereich direkt unter dem SiO nach unten verschoben₂ dielektrische Schicht. Infolgedessen befinden sich unter dem SiO Schichten aus positiven, nicht abgedeckten Ionen₂ dielektrische Schicht. Auf diese Weise kommt es zu einer Abnahme von Ladungsträgern, die im Kanal aufgetreten sind, und somit wird die Gesamtleitfähigkeit des Kanals verringert. In dieser Situation wird der Drainstrom für die gleiche Spannung am Drain verringert. Hier haben wir gesehen, dass wir den Drain-Strom durch Variieren der Abreicherung der Ladungsträger im Kanal steuern können. Daher bezeichnen wir ihn als Abreicherungs-MOSFET. Hier befindet sich der Drain auf einem positiven Potential, das Gate befindet sich auf einem negativen Potential und die Source befindet sich auf Nullpotential. Der Spannungsunterschied zwischen Drain zu Gate ist also größer als derjenige von Source zu Gate, daher ist die Breite der Verarmungsschicht mehr in Richtung Drain als in Richtung Source.

P-Kanal-Verarmungs-MOSFET

Ein p-Kanal-Verarmungs-MOSFET ist zwar konstruktivkehren Sie einfach den n-Kanal-Verarmungs-MOSFET um. Hier besteht der Vorbaukanal aus Verunreinigungen vom p - Typ zwischen stark dotiertem Source - und Drainbereich vom p - Typ. Wenn wir aufgrund der elektrostatischen Wirkung eine positive Spannung an den Gate-Anschluss anlegen, werden Minoritätsladungsträger, d. Dadurch wird im Kanal ein Verarmungsbereich gebildet, und folglich wird die Leitfähigkeit des Kanals verringert. Auf diese Weise können wir durch Anlegen der positiven Spannung am Gate den Drain-Strom steuern.