MOSFET Transistörler

Advertisement

  • Twitter
  • Facebook
  • Google+
  • Pinterest
  • Linkedin

Alan etkili transistörlerin bazı tiplerinde gate terminali kanaldan izole edilmiş (yalıtılmış) biçimde yapılır. Bu tür alan etkili transistörlere, metal oksitli yarı iletken FET (Metal-Oxide Semiconductor FET) veya kısaca “MOSFET” denir. MOSFET’ler; ya azaltan tip MOSFET (Deplation-MOSFET) ya da çoğaltan tip MOSFET (Enhancment-MOSFET) olarak imal edilir. Azaltan tip Mosfet’lere kısaca DMOSFET, çoğaltan tip Mosfet’lere ise E-MOSFET denilmektedir. Her iki tip MOSFET’inde; P kanal ve N kanal olmak iki tipi vardır. N kanallı D-MOSFET ve EMOSFET’in temel yapıları şekil 2.13’te verilmiştir. MOSFET’lerde tıpkı JFET’ler gibi 3 uçlu aktif devre elamanları grubundandır. Uçlarına işlevlerinden ötürü; Gate (Gate), Dreyn (Drain) ve Sörs (Source) isimleri verilmektedir. Şekil 2.13’te verilen temel yapıda Sabstreyt (Subsrate) terminali, dördüncü uç gibi görünse de genellikle source’e bağlanır veya şase potansiyelinde tutulur. D-MOSFET’in yapısında kanal fiziksel olarak yapılmış haldedir. DMOSFET’in, drain-source uçlarına bir dc gerilim kaynağı bağlandığında drain ile source arasında bir akım meydana gelir. E-MOSFET’ in yapısında ise, imalat sırasında şekillendirilmiş veya oluşturulmuş bir kanal yoktur. E-MOSFET’in; drain-source uçlarına gerilim uygulandığında akım meydana gelebilmesi için, şarj taşıyıcılarının kanalı oluşturması gerekir. Bunun için de gate ucuna gerilim uygulanması gereklidir.

 

MOSFET
Şekil 2.13: N kanal azaltan (E-MOSFET) ve çoğaltan tip (D-MOSFET) MOSFET’lerin yapıları

Azaltan Tip MOSFET (D-MOSFET) Yapısı

D-MOSFET’lerin, n-kanal ve p-kanal olmak üzere başlıca iki tipde üretimi yapılır. Şekil 2.14 a’da n-kanal D-MOSFET’in yapısı ve şematik sembolü görülmektedir. Şekil 2.14 b’de ise p-kanal D-MOSFET’in yapısı ve şematik sembolü görülmektedir. N kanallı DMOSFET, p tipi gövde (substrate-sabstreyt) üzerine yerleştirilmiştir. N tipi yarı iletken maddeden yapılan source ve drain bölgelerine, source ve drain terminalleri bir metalle (alimünyum) bağlanmışlardır. Ayrıca source ve drain bölgeleri içten N tipi kanal bölgesiyle birbirine bağlanır. N kanalın üstünde bulunan ve kanal ile gate arasındaki izolasyonu sağlayan ince silikon dioksit (SiO2) tabakasının üzerine ince bir metal tabaka konur. Bu bileşim DMOSFET’i oluşturur. Şematik sembol’de elemanın gate, source ve drain uçları gösterilir. Sabsreyt ucu ise çoğunlukla source’e bağlı olarak gösterilir. Şematik gösterimde elemanın kanal tipi sabstreyt ucundaki okun yönü ile belirtilir. Şekil 2.14’te görüldüğü gibi ok yönü elemanın içine doğru ise n-kanal D-MOSFET, ok yönü dışarı doğru ise p-kanal DMOSFET tanımlanır.

MOSFET1
Şekil 2.14 a ve b: N kanal ve P kanal DE-MOSFET’in yapısı ve sembolü

Azaltan Tip MOSFET (D-MOSFET) Çalışması ve Karakteristiği

N-kanallı D-MOSFET’in gate-source arasına negatif bir gerilim (VGS) uygulanırsa elektronlar kanal bölgesinin ortasına doğru itilir ve kanalda daralma olur. Yeterli büyüklükte gate-source gerilimi kanalı tamamen daraltarak kapatır. Diğer taraftan; pozitif gate-source geriliminin uygulanması halinde, p tipi taşıyıcılar itildiklerinden kanal büyüklüğünde bir artış olur. Bu durum daha çok şarj taşıyıcısının oluşumuna izin verdiğinden daha büyük bir kanal akımı meydana gelir. N kanallı D-MOSFET’in transfer ve drain karakteristikleri ise şekil 2.15’te görülmektedir. Karakteristik eğriler; elemanın gerek pozitif, gerekse negatif gate-source geriliminde çalışmasını göstermektedir. Negatif VGS değerleri, daraltma gerilimine (pinch-off) kadar drain akımını azaltır. Bu gerilimden sonra drain akımı hiç akmaz. N kanallı D-MOSFET’in transfer karakteristiği, negatif gate-source gerilimleri için JFET karakteristiği ile aynıdır ve pozitif VGS değerleri için de bu özellik korunur. Negatif ve pozitif her iki VGS değerinde de gate kanaldan izole edildiğinden MOSFET, VGS’nin her iki polarite durumunda çalıştırılabilir. Söz konusu iki polarite durumun da da gate akımı meydana gelmektedir.

MOSFET12
Şekil 2.15 a ve b: N Kanal D-MOSFET’in transfer ve V-I karakteristikleri

P ve N kanallı D-MOSFET’ler çalışma esası bakımından birbirinin benzeridir. Ancak P kanallı D-MOSFET’te polarma kaynaklarının yönü terstir. Akım taşıyıcıları oyuklardır. Gate-source gerilimi negatif olduğunda drain akımı artarken, pozitif olduğunda azalır. Bu nedenle daralma gerilimi VP pozitif değerlidir.

Çoğaltan Tip MOSFET (D-MOSFET) Yapısı

Çoğaltan tip MOSFET’in (E-MOSFET) temel yapısı ve şematik sembolü şekil 2.16’da verilmiştir. E-MOSFET’ler, n-kanallı ve p-kanallı olmak üzere iki tipte üretilir. Şekildeki yapıdan da görüldüğü gibi E-MOSFET’in temel yapısında fiziksel olarak oluşturulmuş bir kanal yoktur. Kısaca E-MOSFET, drain ile source arasında fiziksel bir kanala sahip değildir. E-MOSFET’in şematik sembolünde drain ile source arası kesik çizgilerle gösterilir. Bu durum başlangıçta E-MOSFET’de kanal olmadığını belirtmek içindir. Şematik sembolde sabsreyt ucundaki ok’un yönü E-MOSFET’in kanal tipini belirtir. Ok yönü içeri doğru ise, N tipi kanalı ok yönü dışarı doğru ise P tipi kanalı gösterir. E-MOSFET’lerde kanal tipi ile sabsreyt’te kullanılan yarı iletken malzemelerin tipleri terstir.

MOSFET1221
Şekil 2.16 a ve b: N kanallı ve P kanallı E-MOSFET’in yapısı ve sembolü

 Çoğaltan Tip MOSFET (D-MOSFET) Çalışması ve Karakteristiği

E-MOSFET’lerde kanal, gate terminaline uygulanan harici bir besleme ile oluşturulur. Gate-source uçları arasına pozitif bir gerilimin uygulanması, gate altında sabstreyt bölgesinde bulunan oyukları (boşlukları) iter ve orada bir azalma (deplasyon) bölgesi yaratır. Gate gerilimi yeterince pozitif değere çıkarıldığında; elektronlar, pozitif gerilim tarafından bu azalma bölgesine çekilir. Böylece, drain ile source arasındaki bu bölge N kanalı gibi hareket eder. Pozitif gate gerilimiyle oluşturulan ve şekillendirilen N kanallı E-MOSFET’in transfer ve V-I karakteristiği şekil 2.17’de gösterilmiştir.

MOSFET1222
Şekil 2.17: N kanallı E-MOSFET’in V-I karakteristikleri

Elemanın transfer karakteristiğinden de görüldüğü gibi, gate-source gerilimi eşik (threshold) başlangıç değeri VT’yi aşıncaya kadar drain akım hiç akmaz. Bu eşik gerilimi değerinin üzerindeki pozitif gerilimlerde, artan değerli bir drain akımı meydana gelir. Bu akımın transfer karakteristiği de

MOSFET1222X

eşitliği yardımıyla tanımlanabilir. Eşitlik yukarıdaki formülde yalnız VGS>VT şartı için geçerlidir. Eşitlikte k sabitesi tipik olarak 0.3 mA/V2 değerinde olup elemanın yapısına bağlı olan bir özelliktir. VGS=0 volt durumunda drain akımı akmadığı için E- MOSFET’lerde IDS değerinden söz edilebilir. E-MOSFET’lerin çalışma sahası; D-MOSFET’lerden daha sınırlı olmasına rağmen, E-MOSFET’ler, büyük-ölçekli entegre devreler için çok kullanışlıdır. Çünkü E-MOSFET’ler basit yapılı ve küçük boyutlu elemanlardır. E-MOSFET’in şematik sembolünde drain ile source arası kesik çizgilerle gösterilir. Bu çoğaltan tip elemanda başlangıçta kanalın olmayışını belirtmek içindir. Bundan başka sabstreyt ucundaki ok P tipi sabstreyti ve N kanalı gösterir. P kanallı E-MOSFET’in sabstreyti, N tipi yarı iletkenden yapılır. P-kanallı EMOSFET’in çalışma prensibi N kanallı gibidir. Ancak, P kanallı da polarma kaynaklarının yönü terstir. Akım taşıyıcıları oyuklardır. Negatif değerli eşik gerilimi aşılıncaya kadar drain akımı yoktur. Daha büyük değerli negatif gate gerilimlerinde artan bir drain akımı vardır. Artıran tipi mosfetlerin gate uçlarına uygulanan gerilime bağlı olarak açılıp kapanan bir anahtar gibi davranma özelliğinden yararlanılarak CMOS tipi entegreler üretilmiştir. Yani CMOS tipi dijital entegrelerin içinde bol miktarda mosfet vardır.

Leave a Reply

Your email address will not be published.
Required fields are marked *