Mosfet: Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động [MỚI 2022]

Mosfet là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Mosfet [MỚI 2022]

Mosfet – hiệu ứng trường kim loại – oxit bán dẫn là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó gồm có những gì? Hãy cùng tìm hiểu ngay trong bài viết dưới đây nhé.

Mosfet là gì?

Mosfet là chữ viết tắt của Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor – Transistor hiệu ứng trường kim loại – oxit bán dẫn. Nó là một loại transistor hiệu ứng trường (FET: Field-effect transistor) được xây dựng dựa trên lớp chuyển tiếp oxit kim loại và bán dẫn.

Mosfet là gì

Ví dụ: Khi kết hợp Silic với oxit bạc, ta có một lớp cách điện mỏng giữa cực cổng (Gate) kim loại và vùng bán dẫn. Khi đó, hoạt động sẽ nối giữa cực nguồn (Source) và cực máng (Drain).

Đặc điểm mosfet

Mosfet có khả năng đóng nhanh dòng điện và điện áp lớn, nên thường được sử dụng trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao. Ngoài ra, trong Mosfet còn có nhiều biến thể dẫn xuất khác nhau để phù hợp với các ứng dụng cụ thể.

Đặc điểm mosfet

Bởi vì cấu trúc cực cổng cách mà Mosfet còn được gọi là IGFET (Insulated Gate Field-effect Transistor) – Transistor hiệu ứng trường cổng cách ly. IGFET này sát nghĩa hơn FET, bởi nó sử dụng cổng cực không phải là kim loại mà là các kết cấu tích lũy điện tích khác như FET cảm biến sinh học (Bio-FET), FET cảm biến enzym (ENFET),…

Thường thì Mosfet được sản xuất từ chất bán dẫn silic, nhưng một số hãng cũng sử dụng hỗn hợp silic và germani (SiGe) để tạo ra vi mạch bán dẫn.

Một ví dụ về hãng IBM, bên cạnh việc sử dụng SiGe, họ cũng sử dụng chất bán dẫn khác là gali arseniua, có đặc tính điện tốt hơn nhưng không tạo ra được lớp oxide phù hợp để chế tạo các mosfet.

Cấu tạo mosfet

Cấu tạo mosfet

Mosfet có cấu tạo gồm có:

  • Cực cổng (Gate): Cực này có thể điều khiển cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn lại nhờ lớp điện môi cực mỏng nhưng độ cách điện cực lớn.
  • Cực nguồn (Source)
  • Cực máng (Drain): Cực này đón các hạt mang điện.

Ở Mosfet, điện trở giữa cực G với S và cực G với D là vô cùng lớn, còn giữa D với S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G với S (UGS). Các trường hợp như sau:

  • Khi UGS = 0, điện trở RDS lớn.
  • Khi UGS > 0, hiệu ứng từ trường làm điện trở RDS giảm.
  • Khi UGS càng lớn, điện trở RDS càng nhỏ đi.

Ký hiệu mosfet là gì?

Nếu bạn muốn biết ký hiệu của Mosfet, hãy xem hình tham khảo dưới đây.

Ký hiệu mosfet

Ứng dụng mosfet

Mosfet được sử dụng nhiều trong bộ dao động tạo ra từ trường, góp phần đóng cắt nhanh làm dòng điện biến thiên. Ngoài ra, các anh em thường thấy mosfet trong một số bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao.

Ứng dụng mosfet

Nguyên lý hoạt động mosfet

Mosfet hoạt động ở 2 chế độ là đóng và mở. Với vai trò là một phần tử điện trở, mosfet có thể đóng cắt ở tần số rất cao. Điều khiển là yếu tố quan trọng để đảm bảo đóng cắt trong thời gian ngắn nhất.

Nguyên lý hoạt động mosfet

Mosfet có mạch điện tương đương, nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt phụ thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó.

  • Đối với kênh P: Mosfet cần điện áp điều khiển mở là UGS = 0 và dòng điện sẽ chạy từ S đến D.
  • Đối với kênh N: Mosfet cần UGS > 0 để mở và Ugs <= 0 để đóng. Dòng điện sẽ chạy từ D xuống S.

Với mục đích đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn nhất, Mosfet kênh N yêu cầu điện áp khóa là UGS = 0 V, còn kênh P thì UGS ~ 0.

Có bao nhiêu loại mosfet?

Cho đến nay, Mosfet có 2 loại thông dụng:

  • N-MOSFET: Hoạt động khi điện áp Gate là zero, các electron bên trong vẫn hoạt động cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điện đầu vào.
  • P-MOSFET: Các electron sẽ bị cut-off cho đến khi có sự gia tăng của nguồn điện thế vào Gate.

Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn hiểu hơn về Mosfet. Nếu còn thắc mắc, hãy để lại bình luận dưới bài viết để chúng tôi có thể giải đáp cho bạn.