Mosfet được gọi là “hiệu ứng trường kim loại – oxit bán dẫn”. Vậy mosfet là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó gồm những gì? Hãy cùng Mecsu giải thích trong bài viết dưới đây.
Mosfet là gì?
Mosfet là Transistor hiệu ứng trường kim loại – oxit bán dẫn (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) trong tiếng Anh. Nó là một loại transistor hiệu ứng trường (FET) được tạo ra từ lớp chuyển tiếp oxit kim loại và bán dẫn.
Ví dụ: Khi kết hợp chất dẫn Silic với oxit bạc, ta tạo ra một lớp cách điện mỏng giữa cực cổng (Gate) kim loại và vùng bán dẫn. Khi đó, hoạt động sẽ diễn ra giữa cực nguồn (Source) và cực máng (Drain).
#1 Đặc điểm mosfet
Mosfet có khả năng đóng nhanh dòng điện và điện áp lớn. Nó thường được sử dụng trong các bộ dao động tạo ra từ trường, các bộ nguồn xung và mạch điều khiển điện áp cao.
Mosfet có nhiều biến thể dẫn xuất khác nhau để tạo ra phần tử có tính đặc trưng phù hợp với các ứng dụng cụ thể, ví dụ như MOSFET nhiều cổng hoặc MuGFET (multigate field-effect transistor),…
Do sự bố trí cực cổng khác, Mosfet còn được gọi là IGFET (Insulated Gate Field-effect Transistor) – Transistor hiệu ứng trường cổng cách ly. IGFET này có thực thể điều khiển không phải kim loại mà là các kết cấu tích lũy điện tích khác như FET cảm biến sinh học (Bio-FET), FET cảm biến enzym (ENFET),…
Thường thì chất bán dẫn chủ yếu là silic, nhưng một số hãng sản xuất vi mạch bán dẫn từ hỗn hợp silic và germani (SiGe).
Ví dụ, hãng IBM sử dụng SiGe và còn sử dụng chất bán dẫn khác là gali arsenua, có đặc tính điện tốt hơn nhưng không tạo được lớp oxit phù hợp nên không được sử dụng để chế tạo các transistor mosfet.
#2 Cấu tạo mosfet
Mosfet bao gồm các thành phần sau:
- G: Cực cổng – Được điều khiển hoàn toàn cách lý bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng độ cách điện lớn.
- S: Cực nguồn
- D: Cực máng – Cực thu nhận hạt mang điện
Ở Mosfet, điện trở giữa cực G và S cũng như giữa cực G và D là rất lớn, còn điện trở giữa cực D và S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và S (UGS). Có các trường hợp sau:
- Khi UGS = 0, điện trở RDS lớn.
- Khi UGS > 0, hiệu ứng từ trường làm giảm điện trở RDS.
- Khi UGS càng lớn, điện trở RDS càng nhỏ.
#3 Ký hiệu mosfet là gì?
Nếu muốn biết ký hiệu của Mosfet, hãy xem hình tham khảo dưới đây.
#4 Ứng dụng mosfet
Mosfet được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường, đóng/mở dòng điện nhanh. Nó cũng thường được sử dụng trong các bộ nguồn xung và mạch điều khiển điện áp cao.
Nguyên lý hoạt động mosfet
Mosfet hoạt động ở 2 chế độ là đóng và mở. Nó là một phần tử điều khiển dòng điện vì vậy nó có thể đóng mở ở tần số rất cao. Vấn đề điều khiển là quan trọng nhất để đảm bảo đóng/mở trong thời gian ngắn nhất.
Mạch điện tương đương của Mosfet. Cơ chế đóng/mở phụ thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó.
- Đối với kênh P: Điện áp điều khiển mở của Mosfet là UGS = 0 và dòng điện chạy từ S đến D.
- Đối với kênh N: Điện áp điều khiển mở là UGS > 0 và điện áp điều khiển đóng là UGS <= 0. Dòng điện chạy từ D xuống S.
Với thời gian đóng/mở ngắn nhất có thể, Mosfet kênh N có điện áp khóa UGS = 0 V, còn kênh P thì UGS = ~0.
Có bao nhiêu loại mosfet?
Cho đến nay, Mosfet có 2 loại thông dụng bao gồm:
- N – MOSFET hoạt động khi nguồn điện Gate bằng zero, các electron bên trong vẫn được tiến hành hoạt động cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điện Input.
- P – MOSFET khi các electron sẽ bị cut-off cho đến khi gia tăng nguồn điện thế vào ngỏ Gate.
>>> Tham khảo thêm:
- Sensor là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của sensor
- (Thyristor) SCR là gì? Cấu tạo và thông số SCR
Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu hơn về Mosfet. Nếu có thắc mắc, hãy để lại bình luận dưới bài viết để Mecsu có thể giải đáp cho bạn.