ترانزیستور 20N60-Mosfet پشت فلزی

ترانزیستور mosfet

ارائه شده در فروشگاه قطعات الکترونیک بازار برق

ماسفت چیست؟

امروزه انواع فت ها به طور گسترده در تجهیزات الکترونیکی به کار می روند. مانند همه ی انواع فت ها، ماسفت ها نیز به وفور استفاده می شوند. با وجود این که ماسفت سالیان طولانی است که مورد استفاده قرار می گیرد، ولی هنوز هم عنصر بسیار مهمی در تجهیزات الکترونیکی امروزی به شمار می رود. ماسفت ها نه تنها در بسیاری از مدارها به صورت قطعه ای مجزا استفاده می شوند، بلکه پایه و اساس بسیاری از مدارات مجتمع امروزی نیز می باشند.

ماسفت ها مزیت های بسیار زیادی دارند؛ از جمله این که دارای امپدانس ورودی بالایی هستند و می توان آن ها را در مداراتی که جریان بسیار کمی دارند، استفاده نمود. این مسئله مخصوصا در تکنولوژی مدار مجتمع بسیار مهم است که محدودیت های توان نکته ی قابل توجهی در آن می باشد.

تاریخچه ی ماسفت

نام ماسفت (MOSFET) مخفف کلمات ترانزیستور نیمه هادی اثر میدان اکسید فلز (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) است، و نام آن مشخص کننده عملکرد آن می باشد. این قطعات چندین سال است که شناخته شده هستند ولی در نیمه ی دوم دهه ی 1960 اهمیت یافتند. تحقیقات اولیه در مورد نیمه هادی ها بر توسعه ی ترانزیستورهای دو قطبی متمرکز شده بود، و مشکلات موجود در مورد ساخت ماسفت ها، مخصوصا با لایه های اکسید عایق مورد آزمایش قرار گرفت.

امروزه این تکنولوژی یکی از متداول ترین تکنیک های ساخت نیمه هادی است، که ماسفت ها را به عناصر اصلی در تکنولوژی مدارات مجتمع تبدیل نموده است. عملکرد آن ها درIC  ها موجب کاهش مصرف توان می شود. این مسئله به نوبه ی خود گرمای تلف شده را کاهش می دهد و باعث شده قابلیت اطمینان IC هایی که امروزه تولید می شود، بیشتر شود. در نتیجه امروزه ماسفت ها پرکاربردترین نوع ترانزیستور شده اند.

نماد مداری ماسفت

برای ماسفت ها چندین نماد مداری وجود دارد که مورد استفاده قرار می گیرند. بعضی از این نماد ها معادل یکدیگر می باشند، در حالی که برخی دیگر جزئیات بیشتری از ماسفت را نشان می دهد.

از آنجایی که انواع مختلفی از ماسفت وجود دارد، لازم است نماد های مداری مورد استفاده نیز متفاوت باشند.

نماد هایی که در فوق نشان داده شد، عموما نشان دهنده ی این است که ماسفت دارای زیر لایه ی حجیمی است، این نکته به وسیله ی فلشی که در قسمت مرکزی زیر لایه وجود دارد نشان داده می شود.

در نماد های مداری فوق می توان دید که دو نوع نماد مداری مشترک برای ماسفت بدون زیر لایه ی حجیم وجود دارد که هر دو نوع به وفور استفاده می شود.

مبانی ماسفت

ماسفت ها دارای خصوصیات کلیدی در عملکرد کلی خویش می باشند که مورد توجه طراحان مدار قرار گرفته است.

دو نوع اصلی ماسفت ها کانال N و کانال P هستند که هر کدام دارای ویژگی های مختلفی هستند :

با توجه به ساختار ماسفت که گیت آن به وسیله ی لایه ی باریکی از اکسید از مسیر کانال جدا شده است، می توان گفت که اگر به طور صحیح استفاده نشود و یا در مدار به اندازه ی کافی حفاظت نشود، می تواند به وسیله ی میدان های استاتیکی خراب شود.

مانند سایر انواع فت ها، در ماسفت ها نیز جریانی که از درون کانال عبور می کند به ولتاژ گیت بستگی دارد، به همین دلیل از آن ها به وفور در کاربردهایی نظیر سوئیچینگ و تقویت کننده استفاده می شود. همچنین به دلیل مصرف پایین جریان در ماسفت ها به طور گسترده ای از آن ها در میکرو پروسسورها، مدارهای مجتمع منطقی و مانند آن، استفاده می شود. مدارهای مجتمع CMOS از تکنولوژی ماسفت استفاده می کنند.

همچنین مانند سایر انواع فت ها، ماسفت ها نیز در دو گونه ی مد تخلیه و مد افزایشی وجود دارند. مد افزایشی حالتی است که در حالت عادی خاموش است، یعنی وقتی ولتاژ گیت-سورس (V_GS) صفر باشد خاموش است و برای روشن شدن به ولتاژ گیت نیاز دارد. در حالی که در مد تخلیه قطعه در حالت عادی یعنی زمانی که ولتاژ گیت-سورس (V_GS) صفر باشد روشن است.

خرید اینترنتی قطعات الکترونیکی

اساسا سه ناحیه ی عملکرد برای ماسفت وجود دارد :

– ناحیه ی قطع : ماسفت در این ناحیه هدایت نمی کند یعنی خاموش است و جریان کانال صفر است (I_DS = 0). ولتاژ گیت (V_GS) نیز از ولتاژ آستانه ی مورد نیاز برای هدایت کمتر است.

– ناحیه ی خطی : در ناحیه ی خطی کانال هدایت می کند و به وسیله ی ولتاژ گیت کنترل می شود. برای این که ماسفت در این ناحیه باشد ولتاژ گیت (V_GS) باید از ولتاژ آستانه بیشتر باشد و همچنین ولتاژ دو سر کانال (V_DS) باید بزرگتر از V_GS باشد.

– ناحیه ی اشباع : در این ناحیه ماسفت به شدت روشن است. افت ولتاژ ماسفت به طور معمول کمتر از افت ولتاژ ترانزیستور دو قطبی است؛ در نتیجه از ماسفت های قدرت برای سوئیچینگ جریان های بالا به وفور استفاده می شود.

ساختار ماسفت

همان طور که هم اکنون گفته شد فاکتور کلیدی در ماسفت این است که گیت به وسیله ی لایه ی نازکی از اکسید از کانال جدا شده است. این نکته یکی از عناصر کلیدی ساختار ماسفت می باشد.

در کانال N جریان به وسیله ی حرکت الکترون ها ایجاد می شود، در شکل زیر می توان دید که درین و سورس از نواحی N+ تشکیل شده اند که این نواحی رسانش خوبی دارند.

در بعضی ساختارها نواحی N+ بعد از تشکیل ناحیه ی گیت، به وسیله ی کاشتن یون ایجاد می شوند. از این رو به طور خود به خود با گیت هم راستا می شود.

جهت اطمینان از پیوستگی کانال، باید در ناحیه ی بین گیت و سورس و ناحیه ی بین گیت و درین هم پوشانی وجود داشته باشد. همچنین این قطعه اغلب متقارن است ، بنابراین جای درین و سورس می تواند عوض شود. در برخی از طراحی های توان بالا این مسئله اهمیت چندانی ندارد.

همان طور که در شکل می توان دید جنس زیر لایه و کانال فرق می کند، یعنی یکی نوع N و دیگری نوع P است. این کار برای جداسازی درین و سورس انجام می شود.

لایه ی اکسید روی کانال با افزایش دما به طور طبیعی رشد می کند که این مسئله اطمینان می دهد که واسط خوبی بین زیر لایه و ماده ی پرکاربرد مورد استفاده در گیت که پلی سیلیکون است، وجود دارد. گرچه برای گیت از بعضی فلزات و سیلیسیدها نیز می توان استفاده نمود.

ساختار مد تخلیه کمی متفاوت است. زیرا یک کانال جداگانه ی نوع N نیز روی زیر لایه ایجاد می شود.

از فت های کانال P زیاد استفاده نمی شود، و دلیل اصلی آن این است که قابلیت حرکت حفره ها مانند الکترون ها نیست. بنابراین عملکرد چندان خوبی ندارند. بنابراین آن ها اغلب برای استفاده در مدارات مکمل مورد نیاز هستند، و اساسا این بدین دلیل است که درون IC ها ساخته شده و یا قرار می گیرند.

طراحی مدار ماسفت

مبانی طراحی مدارات ماسفت مانند سایر انواع فت ها می باشد. آن ها اساسا امپدانس ورودی بالایی داشته و قطعاتی هستند که با ولتاژ کنترل می شوند، از این رو نحوه ی رفتار آن ها با ترانزیستورهای دوقطبی که توسط جریان کنترل می شوند، کمی متفاوت است.

نکته ی مهم در طراحی مدارهای فت :

فت ها می توانند در همه ی انواع مدارها استفاده شوند. مانند ترانزیستورهای دو قطبی برای فت ها نیز سه نوع مدار ابتدایی وجود دارد که عبارتند از : سورس مشترک، درین مشترک و گیت مشترک. این مدارها مدارات ابتدایی فت ها هستند.

بسیاری از مدارات مختلف وجود دارند که در آن ها می توان از ماسفت ها استفاده نمود، از تقویت کننده های توان پائین تا کاربردهای سوئیچینگ قدرت. در همه ی انواع این مدارها از فت ها به دلیل عملکرد خوبی که دارند می توان استفاده نمود.