Mosfet là gì? Đặc điểm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Mosfet là transistor hiệu ứng trường, là một transistor đặc biệt các cấu tạo và hoạt động khác với transistor thông thường… Mosfet là gì? Có các loại mosfet thông dụng nào? Ứng dụng của mosfet ra sao? Hãy cùng chúng tôi đi tìm hiểu qua bài viết sau.

Mosfet là gì?

Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết. Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu. Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính.

Mosfet được xây dựng dựa trên lớp chuyển tiếp Oxit Kim loại và bán dẫn (ví dụ Oxit Bạc và bán dẫn Silic). Hiện nay các loại mosfet thông dụng bao gồm 2 loại đó là:

– N-MOSFET: chỉ hoạt động khi nguồn điện Gate là zero, các electron bên trong vẫn tiến hành hoạt động cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điện Input.

– P-MOSFET: các electron sẽ bị cut-off cho đến khi gia tăng nguồn điện thế vào ngỏ Gate

Đặc điểm của Mosfet

Mosfet có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Vì do đóng cắt nhanh làm cho dòng điện biến thiên. Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao.

MOSFET được sử dụng rất phổ biến trong cả các mạch kỹ thuật số và các mạch tương tự. Giống như FET, MOSFET có hai lớp chính chia theo kiểu kênh dẫn được sử dụng:

• N-MOSFET: Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs >0. Điện áp điều khiển đóng là Ugs<=0. Dòng điện sẽ đi từ D xuống S
• P-MOSFET: Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs <0. Dòng điện sẽ đi từ S đến D, điện áp khóa là Ugs~0.

Từ kiến trúc cơ bản của MOSFET có nhiều biến thể dẫn xuất khác nhau để tạo ra phần tử có đặc trưng thích hợp với các ứng dụng cụ thể. Ví dụ MOSFET nhiều cổng hay MuGFET (multigate field-effect transistor), MESFET (metal–semiconductor field-effect transistor), MOSFET công suất lớn (Power MOSFET), …

Do bố trí cực cổng cách ly mà MOSFET còn được gọi là “transistor hiệu ứng trường cổng cách ly” (Insulated Gate Field-effect Transistor), viết tắt là IGFET. Tên gọi IGFET sát nghĩa hơn với các FET có thực thể điều khiển ở cực cổng không phải là kim loại, mà là các kết cấu tích lũy điện tích khác, như dung dịch điện phân trong các FET cảm biến sinh học (Bio-FET), FET cảm biến enzym (ENFET), FET cảm biến pH (pHFET), FET cảm biến khí (GASFET), …

Thông thường chất bán dẫn được chọn là silic nhưng có một số hãng vẫn sản xuất các vi mạch bán dẫn từ hỗn hợp của silic và germani (SiGe), ví dụ như hãng IBM. Ngoài silic và germani còn có một số chất bán dẫn khác như gali arsenua có đặc tính điện tốt hơn nhưng lại không thể tạo nên các lớp oxide phù hợp nên không thể dùng để chế tạo các transistor MOSFET.

Cấu tạo và ký hiệu của mosfet là gì

Cấu tạo của mosfet là gì?

Trong đó: G (Gate) gọi là cực cổng. S (Source) gọi là cực nguồn. D (Drain) gọi là cực máng.

Mosfet kênh N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N, giữa hai lớp P-N được cách điện bởi lớp SiO2 hai miếng bán dẫn P được nối ra thành cực D và cực S, nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở trên sau đó được dấu ra thành cực G. Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng lớn , còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S (UGS).

Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ.

Mosfet ký hiệu là gì?

Qua đó ta thấy Mosfet này có chân tương đương với Transistor: Chân G tương đương với B. Chân D tương đương với chân C. Chân S tương đương với E

Nguyên lý hoạt động của Mosfet là gì?

Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt mang điện cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Tuy vậy, để có thể đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vấn đề quan trọng.

Thí nghiệm: Cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào hai cực D và S của Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không sáng nghĩa là không có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện.

– Khi công tắc K1 đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V => đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng.

– Khi công tắc K1 ngắt, điện áp tích trên tụ C1 (tụ gốm) vẫn duy trì cho đèn Q dẫn => chứng tỏ không có dòng điện đi qua cực GS.

– Khi công tắc K2 đóng, điện áp tích trên tụ C1 giảm bằng 0 => UGS= 0V => đèn tắt

Từ thí nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng GS như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường. Điều này làm cho điện trở RDS giảm xuống.

Ứng dụng của mosfet

Mosfet có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường do đóng cắt nhanh làm cho dòng điện biến thiên. Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao.