MOSFET
Een MOSFET of Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor is een veldeffecttransistor (FET) die is opgebouwd uit lagen in de volgorde M, O, S (metaal, oxide, halfgeleider). De metaallaag vormt de gate terminal, hoewel dit in de praktijk ook een hooggedoteerde halfgeleider kan zijn in plaats van een metaal. De MOSFET bevat verder ook nog een source en drain terminal die elk verbonden zijn met een hooggedoteerd gebied in de halfgeleider. Er is ook een bulk contact - dat verbinding maakt met het substraat - mogelijk, maar vaak wordt dit intern verbonden met de source. Door het aanbrengen van een spanning op de gate terminal verandert de ladingsdragerconcentratie in de halfgeleider, hierdoor verandert de weerstand tussen de source en drain terminal. Door de aanwezigheid van een isolerende oxidelaag tussen gate en de halfgeleider, vloeit er geen stroom door de gate terminal; dit in tegenstelling met de bipolaire transistor waar er wel stroom vloeit door de basis. De MOSFET wordt gebruikt in elektronica wanneer een hoge ingangsimpedantie benodigd is.
Soorten
Er zijn verschillende soorten MOSFET's, de meest gebruikte zijn de Enhancement en Depletion MOSFET's. Ook zijn er nog enkele speciale power MOSFET's: Cross Section E-MOSFET, Lateral Double Diffused MOSFET, VMOSFET, TMOSFET, ...
Enhancement type
De E-Mosfet werkt enkel in de "enhancement-mode" (verrijkingsmode). In passieve toestand, spert de FET. Wanneer er een spanning aan de gate wordt verbonden, zal er een kanaal worden gecreëerd. Deze spanning is afhankelijk van het type kanaal er gebruikt wordt.
- n-type geleidingskanaal
In dit type MOSFET, heb je positief gedopeerd silicium die een sperlaag vormt en aan de Drain en Source negatief geladen silicium. Om dit type in geleiding te brengen, zal er aan de Gate een positieve spanning moeten aangelegd worden. Hierdoor worden de positieve deeltjes afgestoten en negatieve deeltjes uit het positieve gedopeerde silicium aangetrokken. Hierdoor wordt er een kanaal gecreëerd.
Dit type MOSFET heeft negatief gedoteerd silicium die een sperlaag vormt. Aan de Drain en Source bevindt zich positief geladen silicium. Om dit type in geleiding te brengen, zal er aan de Gate een negatieve spanning moeten aangelegd worden. Hierdoor worden de negatieve deeltjes afgestoten en positieve deeltjes uit het positieve gedopeerde silicium aangetrokken. Hierdoor wordt er een kanaal gecreëerd.
Depletion type
De D-MOSFET werkt in de 'deplement-mode' (verarmingsmode). In passieve toestand is er reeds een kanaal aanwezig. Naar gelang het teken van de Drainspanning, zal het kanaal verbreden of versmallen.
- n-type geleidingskanaal
Het n-type MOSFET bezit reeds een n-kanaal. Wanneer we hier een positievere spanning aanleggen dan die aan de Source, dan zal het kanaal vergroten. Leggen we een negatievere spanning aan, zal de MOSFET gaan sperren.
- p-type geleidingskanaal
Een p-type MOSFET bezit in neutrale toestand een p-kanaal. Wanneer we hier een negatievere spanning aanleggen dan die aan de Source, dan zal het kanaal vergroten. Leggen we een positievere spanning aan, zal de MOSFET gaan sperren.
Power MOSFET
- Cross Section E-MOSFET
- Lateral Double Diffused MOSFET
Dit type E-MOSFET wordt vooral gebruikt bij hoog vermogen toepassingen. Hiervoor is de afstand tussen Drain en Source verkleind, hoe kleiner het kanaal hoe lager de weerstand, hierdoor kunnen hogere stromen worden doorgelaten.
- VMOSFET
De naam van de V-MOSFET komt van de V groef in de opbouw. Dit zorgt er voor dat de vermogen capaciteit verhoogt, door een korter en breder kanaal tussen drain en source. De Frequency response verbetert tevens.
- TMOSFET
Deze is vergelijkbaar met de VMOSFET. De Gate wordt omringd door de Source, hierdoor wordt de weerstand verkleind.
- Dual-Gate MOSFET
Dit type kan een verrijkings of verarmings MOSFET zijn, maar het grote verschil is dat hier twee Gates voorzien zijn. Dit verlaagt de capacitieve waarde van de MOSFET. Dit type wordt vooral in hoogfrequent-RF versterkers gebruikt.
Geschiedenis
Het basisprincipe van de MOSFET, oorspronkelijk IGFET genoemd, werd voor het eerst in een patent opgenomen door de Canadees J.Lilienfeld in 1925. Onafhankelijk werd dit idee tien jaar later, in 1935, geopperd door O.Heil (Engeland). Door de ontoereikende materiaalkennis en de toenmalige stand van de techniek was men lange tijd niet in staat dit idee om te zetten in de praktijk. Het duurde tot begin jaren 1970 voor de MOSFET aan zijn echte opmars kon beginnen. De eerste MOS schakelingen waren van het PMOS-type en werden gebruikt in toepassingen als rekentoestellen. Daarop volgde een tweede fase in de revolutie die werd ingezet door de eerste Intel microprocessoren in 1972 (de 4004) en in 1974 (de 8080). Deze processoren werden in NMOS uitgevoerd omdat daarmee een hogere snelheid behaald kon/kan worden. Rond dezelfde periode, in 1970, werden ook de eerste MOS geheugens gebouwd, met een tot dan toe ongekende densiteit (4Kbit/chip).
Referenties
- Boek: Electronic Devices, Conventional Current Version, Thomas L. Floyd, 2005
