MOSFET

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
N-channels: IGFET symbol N dep.png IGFET symbol N enh.png
P-channels: IGFET symbol P dep.png IGFET symbol P enh.png
depletion IGFET enhancement IGFET
Transistor symboler for MOSFET som er ét eksempel på en IGFET.
Læg mærke til at gaten på IGFET ikke rører substratsymbolet
(den lodrette (punkterede) linje). En depletion IGFET
leder ved Vgs=0V derfor upunkteret linje. En
enhancement IGFET leder ikke ved Vgs=0V)
- derfor punkteret substratsymbol.

MOSFET er et akronym for Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, som på dansk kaldes metal-oxid-halvleder-felteffekttransistor.

En MOSFET er en af flere transistortyper, som er elektriske komponenter lavet af halvlederfaststof og formet som en chip og pakket ind i et hus med typisk tre eller fire ben (også kaldet terminaler). Deres formål i næsten al elektronik er at forstærke elektriske signaler (analog styring) eller fungere som en elektrisk kontakt (digital styring).

De fleste MOSFET i dag (2005) har feltaktive kanaler, der faktisk består af lagene halvleder-oxid-halvleder-FET, som burde have det engelske akronym SOSFET.[1] MOSFET er i dag den mest almindelige og udbredte transistortype.

MOSFET anvendes i dag (2005) stort set i alle digitale kredsløb; digitalure, frekvenstællere, computere, hukommelseskredse (RAM, ROM) og CPUer – i form af integrerede kredsløb. Grunden til MOSFETs store udbredelse i dag er, at digitale kredsløb baseret på MOSFETs kun bruger energi i selve skifteøjeblikket. Det betyder digitale kredsløb baseret på MOSFETs bruger energi proportionalt med taktgiverens frekvens. F.eks. kan et digitalur med LCD-udlæsning, virke i mindst et år på et lille batteri.

Faststofopbygning[redigér | redigér wikikode]

Tværsnit af en NMOSFET (NMOS) med vandret kanal.

MOSFETten består af en kanal n-type eller p-type halvledermateriale og bliver henholdsvis kaldet en NMOSFET eller en PMOSFET. Almindeligvis anvendes halvlederen silicium, men nogle chip-fabrikanter, især IBM, er begyndt at anvende legeringen af silicium og germanium (SiGe) i MOSFET kanalerne. Der findes halvledere med bedre elektriske egenskaber end silicium, som f.eks. galliumarsenid, men disse kan ikke danne den gode gate-oxid (SiO2) og kan derfor ikke umiddelbart anvendes til MOSFET-fremstilling.

Gate-laget består af polysilicium (polykrystallinsk silicium); det forklares længere fremme hvorfor polysilicium anvendes) placeres over oxidet som igen er placeret på kanalen. Når en spændingsforskel lægges mellem gate-laget og source, vil der være et elektrisk felt og danne den såkaldte "inversionskanal" mellem source og drain. Inversionskanalen er af den samme type for både —p-type eller n-type— MOSFETene. Inversionskanalen udgør en leder hvor strøm kan passere. Ved at variere spændingsforskellen mellem gate og source, kan man ændre kanalens ledningsevne – og det er netop dét som gør det muligt at styre source-drain-strømmen.

MOSFET operation[redigér | redigér wikikode]

Eksempel på karakteristik for en MOSFET:
x-akse VDS.
y-akse IDS.
Kurver for hver fastholdt VGS-Vth (normalt anvendes alene VGS).
Den stiplede linje er pinch-off-kurven.
Cut-off kurverne (VGS < Vth = -1V, -2V...) er alle ekstremt tæt på y=0.

En MOSFETs anvendelse kan deles i 3 arbejdsområder (NMOSFET) [2]:

  • 1. Cut-off. V_{GS} < V_{th} hvor V_{th} er MOSFETtens tærskelspænding (en. threshold voltage).
    • Der er ingen elektrisk ledning mellem drain og source (undtagen en svag utilsigtet lækstrøm).
  • 2. Det lineare arbejdsområde eller triodearbejdsområdet (gammel betegnelse). Source-drain virker hovedsageligt som en ohmsk modstand: Når V_{GS} > V_{th} og |V_{DS}| < V_{GS} - V_{th}. Det egentlige tilnærmelsesvise lineare arbejdsområde er når V_{GS} > V_{th} og |V_{DS}| << V_{GS} - V_{th}, hvor "<<" står for meget mindre end. Det er lige omkring origo. Her er graferne tæt på at være linjer (lineære).
    • MOSFETten tillader nogen ledning mellem drain og source. Strømmen fra drain til source er; modelligning: I_d = \frac{\mu_n C_{ox}}{2}\frac{W}{L}(2(V_{GS}-V_{th})V_{DS}-V_{DS}^2)
  • 3. Mætning (en. saturation): Når V_{GS} > V_{th} og V_{DS} > V_{GS} - V_{th}
    • MOSFETten virker hovedsageligt som en styret strømgenerator mellem drain og source. Skillekurven mellem mætning og det lineare arbejdsområde kaldes pinch-off. drain-source strømmen er hovedsageligt uafhængigt af drain-source spændingen og drain-source strømmen bliver hovedsageligt styret af gate-source spændingen – modelligning: I_d = \frac{\mu_n C_{ox}}{2}\frac{W}{L}(V_{GS}-V_{th})^2

MOSFET eksempler[redigér | redigér wikikode]

Af eksempler på MOSFETs er der:

Primær analog anvendelse[redigér | redigér wikikode]

  • 40673, 3N204, BF960, BF981, MPF122 kendte men gamle dobbelt-gate MOSFET med kanalen liggende parallelt med chipoverfladen.
  • BF996S, BF998, 3SK183, CF300 dobbelt-gate MOSFET.
  • CFY30 enkelt-gate MOSFET.
  • IC-kredse: TS271, TLC271 (enkelt operationsforstærker hvor forsyningshvilestrømmen kan vælges blandt 3 mulige).

Primær digital anvendelse[redigér | redigér wikikode]

  • CMOS 4000-serien (Philips...) eller 14000-serien (Motorola), primært til digital brug, fra 1970. Bruges stadig – især hvor strømforbruget skal være lavt:
    • 4007, 4066, 4040...74C...
  • HC-serien high-speed CMOS (egentlig CSOS!) fra 1982 – Bruges stadig – især hvor strømforbruget skal være lavt og hastigheden høj:
    • 74HC4066, 74HC4040, 74HC...
  • Der er kommet mange CMOS familier mere til...74AC, AHC, LV, LVC, ALVC...det er dem der anvendes i PowerPC og Pentium processorchips. Der er også hybrider mellem CMOS og TTL: BCT, LVT, ABT...

Hybrid anvendelse (analog og digital)[redigér | redigér wikikode]

  • IC-kredse: TLC3704CN (4 komparatorer med push-pull udgang), LP339N (CMOS udgave af LM339 komparatorkredsen med pull-down udgang), ICM7555=, TLC555, ZSCT1555, LMC555CD, MC1455 (CMOS udgaven af: 555=, SE555, NE555, LM555 taktgiverkredsen).

Se også[redigér | redigér wikikode]

Kilder/referencer[redigér | redigér wikikode]

  1. Webarchive backup: Kilde side 5(144)(pdf)
  2. Webarchive backup uden billeder: (MOSFET) Device Characterization

Eksterne henvisninger[redigér | redigér wikikode]