Inleiding tot MOSFET: 11 belangrijke verklaringen

Onderwerp van discussie: MOSFET-basisprincipes

  • Wat is MOSFET?
  • MOSFET-basis
  • Soorten MOSFET
  • Werkingsprincipe van MOSFET
  • Toepassing van MOSFET
  • Verschillende kanaaleffecten in de basisprincipes van MOSFET

Wat is MOSFET?

Definitie van MOSFET:

"De Metaaloxide-halfgeleider veldeffect-tranistor (MOSFET), is een vorm van een veldeffecttransistor met geïsoleerde poort die is samengesteld door de controleerbare geoxideerde halfgeleiders op siliciumbasis ”.

Verschillende soorten MOS:

  • · P-kanaal MOSFET
  • · N-kanaal MOSFET

Verschillende soorten MOSFET-apparaten:

  • · Verbeteringsmodus MOSFET
  • · Uitputtingsmodus MOSFET

MOSFET-symbool

MOSFET 1024x748 1
MOSFET-basis: MOSFET-symbool

Werkingsprincipe van MOSFET:

MOSFET-basis

Een FET werkt als een geleidend halfgeleiderkanaal met 2 contacten - de 'SOURCE' en de DRAIN. De GATE-verbinding kan worden opgevat als een 2-terminaal circuit als een MOS-structuur die werkt als een rectificerende omgekeerde voorspanningsmodus. Gewoonlijk is de GATE-impedantie hoger in klassieke werksituaties.

De FET's volgens deze standaarden zijn typisch MOSFET, JFET, metaal-halfgeleider-FET (MESFET) en heterostructuur-FET. Van deze FET is MOSFET een van de belangrijkste en wordt deze vaak gebruikt voor verschillende toepassingen.

In een op silicium gebaseerde MOSFET is de GATE-aansluiting normaal gesproken geïsoleerd door een specifieke SiO2-laag. De ladingsdragers van het geleidende kanaal ontwikkelen een tegengestelde lading, in dat geval p-type substraat voor een n-kanaal en 'gaten' voor n-type substraat voor het p-kanaal. Dit zal worden geïnduceerd in de halfgeleider aan de rand van de siliciumisolator door de aangelegde volt in de GATE-aansluiting. De e- zal het kanaal binnenkomen en verlaten bij n + source- en drainterminals cotacten voor een n-kanaals metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistor. Dit zullen p + contacten zijn tijdens de p-type metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistor.

Mosfet-chip
MOSFET-basis: een typische MOSFET-chip met koellichaam
Image credit: wiltronTransistor en disipadorCC BY-SA 3.0

MOSFET-laag

MOSFET-laag 1
MOSFET-basis: MOSFET-lagen in metaal-oxide-halfgeleiderstructuur op p-type silicium Afbeelding tegoed:MOS_Condensator.pngBrouwt ohare afgeleid werk: Fred de oester (praten), MOS-condensatorCC BY-SA 3.0

Implementatie van MOSFET:

Metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistoren werken als gediscretiseerde schakeling en ook als een actief element. Op dit moment worden deze circuits verkleind tot het diepe submicrometerbereik. Op dit moment wordt het standaard 0.13-µicro meter standaard technologieknooppunt CMOS gebruikt voor: VLSI technologie en in de toekomst zal technologie van 0.1 micrometer bestaan, met een zekere opwaardering van snelheid en integratiebereik.

CMOS-technologie wordt geassocieerd met de n-kanaal en p-kanaal metaal-oxide-halfgeleider veldeffecttransistor om zeer minder stroom te verbruiken zonder de uitvoersnelheid te beperken. Nieuwe SOI-technologie zorgt voor een driedimensionale integratie met meerdere lagen, met een opwindende toename van integratiestompzinnigheid. Nieuwe en verrijkte structuren en de combinatie van Bi-CMOS-technologie zullen mogelijk tot verdere verbeteringen leiden. Een van de opkomende gebieden van CMOS betreft een verscheidenheid aan toepassingen, van audioapparatuur met een kHz-bereik tot moderne draadloze applicaties die worden bediend op GHz-bereik.

MOS
MOSFET-basisprincipes: MOSFET-regio's, beeldcredits – Cyril BUTTAY, Laterale mosfetCC BY-SA 3.0

Kort kanaaleffect in MOSFET:

Gewoonlijk worden FET-formaten beoordeeld op basis van de aspectverhouding van het apparaat. Dit is de verhouding van de poortlengte ten opzichte van actieve verticale meting van FET. De loodrechte afmeting voor de oxidebreedte wordt als parameter gemeten diwordt de diepten van de bron- en afvoerovergang als parameter beschouwd rj. De uitputtingsdiepten van de source en drain junction worden door de parameter gestolen Ws en Wd respectievelijk. De lage aspectverhouding is identiek aan de korte kanaalkenmerken.

                 L <LMin(µm) = 0.4 [rj(µm) di(Å) (W.d + Ws)2(µm2)]1/3

Als L kleiner is dan LMin,.

De drempelspanning van de metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistor wordt beschouwd als VT . Deze spanning zal op een aantal manieren worden beïnvloed als gevolg van poortbesturing. Over het algemeen vallen uitputtingsladingen nabij de bron en afvoer onder de gemeenschappelijke controle. De lading zal een matig hoger deel van de GATE-ladingsdrager ontwikkelen. De uitputtingslading nabij drain wordt opgeblazen met toenemende drain-source voorspanning, waardoor een extra VDS-afhankelijke verschuiving in drempelspanning .

De VT is een soort barrière gecombineerd met een drager die wordt geïnjecteerd van de bron naar de kanaalrichting. Deze barrière wordt aanzienlijk aangepast door gebruik te maken van een drain-voorspanning. In n-kanaal Veldeffecttransistors, de afvoer verlaagt de drempelspanning en een gelijktijdige stijging van de drempelstroom met groeien VDS.

Hoog veldeffect van MOSFET:

In het geval van drain-source-voorspanning van een veldeffecttransistor, groeit deze naar de drainverzadigingsspanning die wordt aangeduid als 'VZA'overal waar een bereik van hogere elektrische velden wordt gecreëerd in de buurt van afvoer. De snelheid van e- in die regio zal verzadigen. In het verzadigingsgebied neemt de lengte die wordt beschouwd als ∆L van het hoge veld toe in de loop van de bron met groeiende VDS, en het presteert alsof de in werking zijnde kanaallengte wordt verminderd door de parameter ∆L. Dit fenomeen heet de kanaallengtemodulatie of wordt eenvoudigweg CLM genoemd in de MOSFET-basis. De daaropvolgende vereenvoudigde manifestatielinks van VDS tot de lengte van het verzadigde gebied is als volgt:

                                             VDS = VP + Vα [exp (Δl / l) -1]]

waar dan ook Vp, Vα en l zijn parameters die samenhangen met de e-saturatiesnelheid. Hier, Vp is het potentieel op het verzadigingspunt in het kanaal, dat gewoonlijk wordt geschat door de parameter VZA. Deze overeenkomst wordt verkregen uit de mogelijke samenvatting die is verkregen uit het 2D-simulatiemodel van een N-kanaal MOSFET.

Hot Carrier-effecten:

Het hot-carrier-effect is een van de belangrijkste zorgen bij het verkleinen van de FET-grootte tot in de diepe submicrometer: het verkleint de kanaallengte terwijl de hoge voedingsniveaus behouden blijven. Deze worden verhoogd tot elektrische veldsterktes en redenen voor het versnellen en opwarmen van de geladen dragers. Een uitgebreid model voor de substraatstroom is erg moeilijk voor modellering op circuitniveau.

Temperatuurafhankelijkheid en zelfopwarming:

Het MOSFET-basiscircuit is functioneel in verschillende omgevingen, inclusief verschillende temperatuurbereiken. Warmte die ontstaat door vermogensdissipatie in een schakeling is ook significant en de temperatuurstijging voor het ontwerp van de schakeling moet ook in overweging worden genomen. Het ontwerp blijkt steeds moeilijker te worden, aangezien de grootte van het apparaat erg klein wordt en de vermogensdissipatie toeneemt met verschillende werkingsmodi. De thermische eigenschappen worden uitgebreid bestudeerd door verschillende modellen.

Voor meer informatie over MOSFET-basisprincipes en andere artikelen over elektronica  klik hier