MOSFET

Autor: Leandro Alegsa Datum vytvoření: 7. listopadu 2021

MOSFET je zkratka pro metal-oxid-polovodičový tranzistor. Tranzistory jsou malá elektrická zařízení, která se používají mimo jiné v budících, kalkulačkách a asi nejznámějších počítačích; jsou to jedny ze základních stavebních prvků moderní elektroniky. Několik tranzistorů MOSFET zesiluje nebo zpracovává analogové signály. Většina se používá v digitální elektronice.

MOSFETy fungují jako ventily pro elektrickou energii. Mají jeden vstupní spoj ("gate"), který slouží k řízení toku elektřiny mezi dvěma dalšími spoji ("source" a "drain"). Jinak řečeno, hradlo funguje jako spínač, který ovládá dva výstupy. Představte si vypínač stmívatelného světla: knoflík sám volí "ON", "OFF" nebo něco mezi tím, čímž řídí jas světla. Představte si MOSFET na místě vypínače světla: samotný vypínač je "brána", "zdroj" je napájení přicházející do domu a "odtok" je žárovka.

Název MOSFET popisuje strukturu a funkci tranzistoru. MOS odkazuje na skutečnost, že tranzistor MOSFET je vytvořen vrstvením kovu ("gate") na oxid (izolant, který brání toku elektřiny) na polovodič ("source" a "drain"). FET popisuje působení hradla na polovodič. Na hradlo je vyslán elektrický signál, který vytvoří elektrické pole, jež změní spojení mezi "source" a "drain".

Téměř všechny tranzistory MOSFET se používají v integrovaných obvodech. Od roku 2008 je možné na jeden integrovaný obvod umístit 2 000 000 000 tranzistorů. V roce 1970 se toto číslo pohybovalo kolem 2 000.

Teorie

Existuje mnoho různých způsobů výroby polovodičových tranzistorů MOSFET. Nejjednodušší způsob je znázorněn na schématu vpravo v tomto textu. Modrá část představuje křemík typu P, zatímco červená část představuje křemík typu N. Průnik obou typů tvoří diodu. V křemíkovém polovodiči existuje zvláštnost zvaná "vyčerpávací oblast". U dopovaného křemíku, jehož jedna část je dopovaná typem N a jedna část je dopovaná typem P, se na průsečíku obou typů přirozeně vytvoří depleční oblast. Důvodem jsou jejich akceptory a donory. Křemík typu P má akceptory, známé také jako díry, které k sobě přitahují elektrony. Křemík typu N má donory, neboli elektrony, které přitahují díry. Na hranici mezi oběma typy vyplňují elektrony z N-typu díry v P-typu. To má za následek, že akceptory neboli atomy typu P se nabíjejí záporně, a protože záporné náboje přitahují kladné náboje, akceptory neboli díry budou proudit směrem ke "křižovatce". Na straně N-typu je kladný náboj, což vede k tomu, že donory neboli elektrony proudí směrem ke "křižovatce". Když se tam dostanou, budou odpuzovány záporným nábojem na druhé straně přechodu, protože stejné náboje se odpuzují. Totéž se stane na straně typu P, donory neboli díry budou odpuzovány kladnou plochou na straně typu N. Mezi nimi nemůže proudit žádná elektřina, protože žádné elektrony se nemohou přesunout na druhou stranu.

MOSFETy toho využívají ve svůj prospěch. "Tělo" MOSFETu je napájeno záporně, což rozšiřuje depleční oblast, protože díry jsou zaplněny novými elektrony, takže opačná síla k elektronům na straně N je mnohem větší. "Zdroj" MOSFETu je napájen záporně, čímž se depleční oblast u typu N zcela zmenší, protože je zde dostatek elektronů, které vyplní kladnou depleční oblast. "Drain" má kladné napájení. Když je "Gate" napájen kladným napájením, vytvoří malé elektromagnetické pole, které odstraní depleční zónu přímo pod hradlem, protože tam vznikne "sprej" děr, který vytvoří něco, čemu se říká "N-Channel". N-kanál je dočasná oblast křemíkové oblasti typu P, kde není žádná depleční zóna. Kladné elektrické pole neutralizuje všechny volné elektrony, které tvoří depleční zónu. Elektrony v oblasti zdroje pak budou mít volnou cestu k přesunu do "Drainu", čímž by elektřina proudila ze zdroje do drainu.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to MOSFET?

Odpověď: MOSFET je tranzistor s kovově-oxidovým polovodičovým polem, což je elektronická součástka, která funguje jako elektricky řízený spínač.

Otázka: K čemu se používají tranzistory?

Odpověď: Tranzistory jsou malá elektrická zařízení, která se používají v rádiích, kalkulačkách a počítačích; jsou to jedny ze základních stavebních prvků moderních elektronických systémů.

Otázka: Jak funguje tranzistor MOSFET?

Odpověď: Tranzistor MOSFET funguje jako elektrický ventil. Má jeden vstupní spoj ("gate"), který slouží k řízení toku elektřiny mezi dvěma dalšími spoji ("source" a "drain"). Brána funguje jako spínač, který ovládá dva výstupy.

Otázka: Co znamená název "MOSFET"?

Odpověď: Název MOSFET popisuje strukturu a funkci tranzistoru. Označení "MOS" odkazuje na skutečnost, že je vytvořen vrstvením kovu ("gate") na oxid (izolant, který brání toku elektřiny) na polovodič ("source" a "drain"). "FET" popisuje působení hradla na polovodič.

Otázka: Kde se používají téměř všechny MOSFETy?

Odpověď: Téměř všechny MOSFETy se používají v integrovaných obvodech.

Otázka: Kolik tranzistorů se dnes vejde na integrovaný obvod v porovnání s rokem 1970?

Odpověď: Od roku 2008 je možné na jeden integrovaný obvod umístit 2 000 000 000 tranzistorů, zatímco v roce 1970 se jich na jeden integrovaný obvod vešlo asi 2 000. V současné době je možné na jeden integrovaný obvod umístit až 2 000 000 tranzistorů.