Basic-electronics-mosfet
ベーシックエレクトロニクス-MOSFET
FETには、高いドレイン抵抗、中程度の入力インピーダンス、遅い動作など、いくつかの欠点があります。 これらの欠点を克服するために、高度なFETであるMOSFETが発明されました。
MOSFETは、金属酸化物シリコン電界効果トランジスタまたは金属酸化物半導体電界効果トランジスタの略です。 これは、絶縁ゲート電界効果トランジスタを意味するIGFETとも呼ばれます。 FETは、デプレッションモードとエンハンスメントモードの両方で動作します。 次の図は、実用的なMOSFETがどのように見えるかを示しています。
MOSFETの構築
MOSFETの構造は、FETに少し似ています。 ゲート端子が接続されている基板上に酸化物層が堆積されます。 この酸化物層は絶縁体として機能し（sio〜2〜は基板から絶縁します）、したがって、MOSFETにはIGFETという別名があります。 MOSFETの構造では、低濃度ドープ基板が高濃度ドープ領域で拡散されます。 使用される基板に応じて、それらは* Pタイプ*および* Nタイプ* MOSFETと呼ばれます。
次の図は、MOSFETの構造を示しています。
ゲートの電圧はMOSFETの動作を制御します。 この場合、ゲートはチャネルから絶縁されているため、正と負の両方の電圧をゲートに印加できます。 負のゲートバイアス電圧では depletion MOSFET として機能し、正のゲートバイアス電圧では Enhancement MOSFET として機能します。
MOSFETの分類
構造に使用される材料の種類と動作の種類に応じて、MOSFETは次の図のように分類されます。
分類後、MOSFETのシンボルを見ていきましょう。
*NチャネルMOSFET* は、単に *NMOS* と呼ばれます。 NチャネルMOSFETの記号は次のとおりです。*PチャネルMOSFET* は、単に *PMOS* と呼ばれます。 PチャネルMOSFETの記号は次のとおりです。次に、NチャネルMOSFETの構造の詳細を見ていきましょう。 通常、これは主に使用されるため、NChannel MOSFETが説明のために考慮されます。 また、あるタイプの研究が他のタイプを説明することを述べる必要はありません。
NチャネルMOSFETの構築
NチャネルMOSFETを検討して、その動作を理解しましょう。 ソースとドレインとして機能する、2つの高濃度ドープN型領域が拡散する低濃度ドープP型基板が使用されます。 これらの2つのN +領域の間には、Nチャネルを形成する拡散が発生し、ドレインとソースを接続します。
二酸化シリコン（SiO〜2〜）*の薄い層が表面全体に成長し、ドレイン端子とソース端子のオーム接点を描くための穴が作られます。 ゲートを構成するソースからドレインまでのこの SiO〜2〜*層の上に、*アルミニウム*の導電層がチャネル全体に配置されます。 * SiO〜2〜基板*は、共通端子または接地端子に接続されています。
MOSFETの構造により、MOSFETのチップ面積はBJTよりも非常に小さく、バイポーラ接合トランジスタと比較して占有率の5％です。 このデバイスはモードで操作できます。 それらは、枯渇モードと強化モードです。 詳細を確認してみましょう。
N-チャネル（空乏モード）MOSFETの動作
今のところ、FETとは異なり、ゲートとチャネルの間にPN接合が存在しないという考えがあります。 また、拡散チャネルN（2つのN +領域の間）、絶縁誘電体SiO〜2〜、およびゲートのアルミニウム金属層が一緒になって*平行平板コンデンサ*を形成することも観察できます。
NMOSを空乏モードで動作させる必要がある場合は、次の図に示すように、ドレインが正電位である間にゲート端子を負電位にする必要があります。
ゲートとソースの間に電圧が印加されていない場合、ドレインとソースの間の電圧のために電流が流れます。 * V〜GG〜に負の電圧を印加します。 その後、少数キャリア、すなわち 穴、引き寄せられ、 SiO〜2〜*層の近くに落ち着きます。 しかし、多数キャリア、つまり電子は反発されます。
- V〜GG〜にある程度の負電位があると、一定量のドレイン電流 I〜D〜がソースを介してドレインに流れます。 この負の電位がさらに増加すると、電子が枯渇し、電流 I〜D〜が減少します。 したがって、適用される V〜GG〜が負になるほど、ドレイン電流 I〜D〜*の値は小さくなります。
ドレインに近いチャネルは、ソースよりも空乏状態になり（FETなど）、この効果により電流が減少します。 したがって、デプレッションモードMOSFETと呼ばれます。
NチャネルMOSFETの動作（拡張モード）
電圧* V〜GG〜の極性を変更できる場合、同じMOSFETを拡張モードで使用できます。 したがって、次の図に示すように、ゲートソース電圧 V〜GG〜*が正のMOSFETを考えてみましょう。
ゲートとソースの間に電圧が印加されていない場合、ドレインとソースの間の電圧のために電流が流れます。 * V〜GG〜に正の電圧を印加します。 その後、少数キャリア、すなわち 穴、はじかれ、多数キャリア、すなわち 電子は SiO〜2〜*層に引き寄せられます。
- V〜GG〜にある程度の正電位があると、一定量のドレイン電流 I〜D〜がソースを介してドレインに流れます。 この正の電位がさらに増加すると、ソースからの電子の流れにより電流 I〜D〜が増加し、 V〜GG〜に印加される電圧によりこれらがさらに押されます。 したがって、適用される V〜GG〜が正であればあるほど、ドレイン電流 I〜D〜の値は大きくなります。 電流モードは、空乏モードよりも電子フローの増加により改善されます。 したがって、このモードは *Enhanced Mode MOSFET と呼ばれます。
P-チャネルMOSFET
PMOSの構造と動作はNMOSと同じです。 2つの高濃度にドープされた* P +領域*が拡散された、低濃度にドープされた* n基板*が取り込まれます。 これらの2つのP +領域は、ソースおよびドレインとして機能します。 * SiO〜2〜*の薄い層が表面上に成長します。 次の図に示すように、P +領域とのコンタクトを作成するために、このレイヤーに穴が開けられています。
PMOSの働き
ゲート端子にドレインソース電圧* V〜DD〜よりも V〜GG〜で負の電位が与えられると、P +領域が存在するため、拡散Pチャネルを介して正孔電流が増加し、PMOSが動作します*拡張モード。
ゲート端子にドレインソース電圧* V〜DD〜よりも V〜GG〜で正の電位が与えられると、反発により、空乏が発生し、電流が減少します。 したがって、PMOSは *Depletion Mode で動作します。 構造は異なりますが、動作は両方のタイプのMOSFETで類似しています。 したがって、電圧極性の変化により、両方のモードで両方のタイプを使用できます。
これは、排水特性曲線についてのアイデアを持っていることにより、よりよく理解できます。
ドレイン特性
MOSFETのドレイン特性は、ドレイン電流* I〜D〜とドレインソース電圧 V〜DS〜*の間にあります。 入力の異なる値に対する特性曲線は以下のとおりです。
実際に* V〜DS〜が増加すると、ドレイン電流 I〜D〜は増加するはずですが、 V〜GS〜*が適用されるため、ドレイン電流は特定のレベルに制御されます。 したがって、ゲート電流が出力ドレイン電流を制御します。
伝達特性
伝達特性は、* V〜DS〜の値の変化を、枯渇モードと強化モードの両方で I〜D〜および V〜GS〜*の変化とともに定義します。 以下の伝達特性曲線は、ドレイン電流対ゲート対ソース電圧に対して描かれています。
BJT、FET、MOSFETの比較
上記3つすべてについて説明したので、それらのプロパティのいくつかを比較してみましょう。
| TERMS | BJT | FET | MOSFET |
|---|---|---|---|
| Device type | Current controlled | Voltage controlled | Voltage Controlled |
| Current flow | Bipolar | Unipolar | Unipolar |
| Terminals | Not interchangeable | Interchangeable | Interchangeable |
| Operational modes | No modes | Depletion mode only | Both Enhancement and Depletion modes |
| Input impedance | Low | High | Very high |
| Output resistance | Moderate | Moderate | Low |
| Operational speed | Low | Moderate | High |
| Noise | High | Low | Low |
| Thermal stability | Low | Better | High |
これまで、さまざまな電子部品とその種類、およびその構造と動作について説明してきました。 これらのコンポーネントはすべて、エレクトロニクス分野でさまざまな用途があります。 これらのコンポーネントが実際の回路でどのように使用されるかについて実際的な知識を得るには、電子回路のチュートリアルを参照してください。
