12.16 : Charakterystyka MOSFET

Tranzystory polowy z półprzewodnikiem metalowo-tlenkowym, czyli MOSFET, odgrywają kluczową rolę w obwodach elektronicznych. Stosowane są głównie do wzmacniania i przełączania sygnałów.

Na ich funkcjonalność wpływają różne parametry życiowe, co ma kluczowe znaczenie w teorii i zastosowaniach elektroniki. Po pierwsze, kluczowe znaczenie mają wymiary kanału, a dokładnie jego długość i szerokość. Rozmiar tych kanałów wpływa na zdolność tranzystora do przenoszenia prądu i prędkości przełączania; krótsze kanały zazwyczaj umożliwiają szybszą pracę. Następnie grubość tlenku, czyli warstwy dwutlenku krzemu oddzielającej bramkę od kanału, moduluje kontrolę bramki nad kanałem. Cieńsze tlenki zwiększają pojemność bramki, poprawiając tę ​​kontrolę.

Innym istotnym czynnikiem jest głębokość złącza i domieszkowanie podłoża, które regulują napięcie progowe tranzystora MOSFET i kontrolują prądy upływowe. Domieszkowanie modyfikuje właściwości półprzewodnika poprzez wprowadzenie zanieczyszczeń.

Pod względem operacyjnym tranzystory MOSFET charakteryzują się trzema odrębnymi obszarami w zależności od napięcia bramka-źródło.

• W obszarze odcięcia tranzystor jest wyłączony i nie wykazuje ścieżki przewodzącej pomiędzy źródłem a drenem, co ogranicza prąd do minimalnego upływu wstecznego.
• Obszar liniowy pojawia się, gdy V_GS przekracza próg, a V_DS (napięcie dren-źródło) jest niskie. Tutaj tranzystor działa jak rezystor zmienny, w którym prąd drenu (I_D) jest wprost proporcjonalny do V_DS, modulowanego przez V_GS.
• W obszarze nasycenia, plateau I_D pomimo V_DS wzrasta z powodu efektu zaciskania, gdy kanał w pobliżu drenu zwęża się, ograniczając dalszy przepływ prądu.

Te warunki pracy określają sposób implementacji tranzystorów MOSFET w obwodach, szczególnie tam, gdzie wymagane jest precyzyjne sterowanie elektroniczne