Tranzistor riadený poľom s hradlovou oxidovou vrstvou
MOSFET je skratka pre tranzistor s kovovo-oxidovým polovodičovým poľom. Tranzistory sú malé elektrické zariadenia, ktoré sa okrem iného používajú v budíkoch, kalkulačkách a azda najznámejších počítačoch; sú to jedny z najzákladnejších stavebných prvkov modernej elektroniky. Niekoľko tranzistorov MOSFET zosilňuje alebo spracováva analógové signály. Väčšina sa používa v digitálnej elektronike.
MOSFETy fungujú ako ventily pre elektrickú energiu. Majú jedno vstupné pripojenie ("gate"), ktoré sa používa na riadenie toku elektrickej energie medzi dvoma ďalšími pripojeniami ("source" a "drain"). Inak povedané, hradlo funguje ako spínač, ktorý ovláda dva výstupy. Predstavte si stmievateľný vypínač svetla: gombík sám volí "ON", "OFF" alebo niečo medzi tým, čím ovláda jas svetla. Predstavte si MOSFET namiesto vypínača svetla: samotný vypínač je "brána", "zdroj" je napájanie prichádzajúce do domu a "odtok" je žiarovka.
Názov MOSFET opisuje štruktúru a funkciu tranzistora. MOS odkazuje na skutočnosť, že MOSFET je vytvorený navrstvením kovu ("gate") na oxid (izolant, ktorý zabraňuje toku elektriny) na polovodič ("source" a "drain"). FET opisuje pôsobenie hradla na polovodič. Na hradlo sa vysiela elektrický signál, ktorý vytvára elektrické pole, ktoré mení spojenie medzi "source" a "drain".
Takmer všetky MOSFETy sa používajú v integrovaných obvodoch. Od roku 2008 je možné na jeden integrovaný obvod umiestniť 2 000 000 000 tranzistorov. V roku 1970 bol tento počet približne 2 000.
Jednotlivo balené MOSFETy
Teória
Existuje mnoho rôznych spôsobov výroby polovodičových tranzistorov MOSFET. Najjednoduchší spôsob je znázornený na schéme vpravo v tomto texte. Modrá časť predstavuje kremík typu P, zatiaľ čo červená časť predstavuje kremík typu N. Priesečník týchto dvoch typov tvorí diódu. V kremíkovom polovodiči existuje zvláštnosť nazývaná "oblasť vyčerpania". V dopovanom kremíku, ktorého jedna časť je dopovaná typom N a jedna časť je dopovaná typom P, sa na priesečníku týchto dvoch typov prirodzene vytvorí oblasť vyčerpania. Je to spôsobené ich akceptormi a donormi. Kremík typu P má akceptory, známe aj ako diery, ktoré k sebe priťahujú elektróny. Kremík typu N má donorov, teda elektróny, ktoré priťahujú diery. Na hranici medzi týmito dvoma typmi elektróny z typu N vypĺňajú diery v type P. To má za následok, že akceptory alebo atómy typu P sa nabijú záporne, a keďže záporné náboje priťahujú kladné náboje, akceptory alebo diery budú prúdiť smerom k "spojnici". Na strane N-typu je kladný náboj, čo vedie k tomu, že donorové atómy alebo elektróny prúdia smerom ku "križovatke". Keď sa tam dostanú, budú odpudzované záporným nábojom na druhej strane križovatky, pretože rovnaké náboje sa odpudzujú. To isté sa stane na strane typu P, donory alebo diery budú odpudzované kladnou oblasťou na strane typu N. Medzi nimi nemôže prúdiť žiadna elektrina, pretože žiadne elektróny sa nemôžu presunúť na druhú stranu.
MOSFETy to využívajú vo svoj prospech. "Telo" MOSFETu je napájané záporne, čo rozširuje oblasť vyčerpania, pretože diery sú vyplnené novými elektrónmi, takže opačná sila na elektróny na strane N sa stáva oveľa väčšou. "Zdroj" MOSFET-u je napájaný záporne, čo úplne zmenšuje depléčnú oblasť v type N, pretože je tu dostatok elektrónov na vyplnenie kladnej depléčnej oblasti. "Drain" má kladné napájanie. Keď sa "Gate" napája kladným napájaním, vytvorí sa malé elektromagnetické pole, ktoré odstráni depléciu zónu priamo pod hradlom, pretože tam vznikne "sprej" dier, ktorý vytvorí niečo, čo sa nazýva "N-Channel". N-kanál je dočasná oblasť kremíkovej oblasti typu P, kde nie je deplečná zóna. Kladné elektrické pole neutralizuje všetky voľné elektróny, ktoré tvoria deplečnú zónu. Elektróny v oblasti zdroja potom budú mať voľnú cestu na presun do "Drain", vďaka čomu bude elektrina prúdiť zo zdroja do odtoku.
Schéma jednoduchého MOSFETu
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to MOSFET?
Odpoveď: MOSFET je tranzistor s kovovo-oxidovým polovodičovým poľom, čo je elektronická súčiastka, ktorá funguje ako elektricky riadený spínač.
Q: Na čo sa používajú tranzistory?
Odpoveď: Tranzistory sú malé elektrické zariadenia, ktoré sa používajú v rádiách, kalkulačkách a počítačoch; sú to jedny z najzákladnejších stavebných prvkov moderných elektronických systémov.
Otázka: Ako funguje tranzistor MOSFET?
Odpoveď: Tranzistor MOSFET funguje ako ventil pre elektrickú energiu. Má jedno vstupné pripojenie ("gate"), ktoré sa používa na riadenie toku elektriny medzi dvoma ďalšími pripojeniami ("source" a "drain"). Brána funguje ako spínač, ktorý ovláda dva výstupy.
Otázka: Na čo sa vzťahuje názov "MOSFET"?
Odpoveď: Názov MOSFET opisuje štruktúru a funkciu tranzistora. MOS" odkazuje na skutočnosť, že je vytvorený navrstvením kovu ("gate") na oxid (izolant, ktorý zabraňuje toku elektrickej energie) na polovodič ("source" a "drain"). "FET" opisuje pôsobenie hradla na polovodič.
Otázka: Kde sa používajú takmer všetky MOSFETS?
Odpoveď: Takmer všetky MOSFETS sa používajú v integrovaných obvodoch.
Otázka: Koľko tranzistorov sa dnes zmestí na integrovaný obvod v porovnaní s rokom 1970?
Odpoveď: Od roku 2008 je možné na jeden integrovaný obvod umiestniť 2 000 000 000 tranzistorov, zatiaľ čo v roku 1970 sa ich na jeden integrovaný obvod zmestilo približne 2 000.
