Transistor Efek Medan Tertutup (MOSFET) – Desain, Operasi, dan Varian Daya
Transistor Efek Medan Tertutup (IGFET), yang biasa disebut Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET), adalah varian terkemuka dari keluarga transistor efek medan. Dalam elektronik kontemporer, MOSFET mendominasi rangkaian terpadu digital, dengan setiap chip sering kali berisi hingga ratusan juta perangkat individu. Dimensi mereka rutin jatuh di bawah satu mikron, menyusut sekitar setiap 18 bulan seiring berlangsungnya Hukum Moore. Meskipun transistor bipolar persambungan (BJT) diskrit tetap lebih umum dalam paket mandiri, MOSFET luas dapat mentransisi hampir 100 A pada tegangan rendah, dan perangkat khusus dapat menangani hingga 1 kV pada arus lebih rendah. Transistor ini menempati sebagian besar sentimeter persegi silikon, menekankan signifikansinya dalam sistem yang dibatasi daya.
Operasi MOSFET
MOSFET berbagi terminal sumber, gate, dan drain dari FET konvensional, tetapi gate terisolasi dari silikon oleh lapisan oksida tipis. Struktur gate mirip dengan kapasitor Metal-Oxide-Semiconductor (MOS)—ketika diisi, gate menginduksikan lapisan inversi yang mengantarkan antara sumber dan drain. Untuk perangkat n-channel, bias gate positif menarik elektron ke substrat p-tipe, membentuk saluran n-tipe terinversi yang menghubungkan sumber dan drain yang didoping berat. Hasilnya adalah perangkat unipolar di mana satu jenis pembawa—elektron dalam hal ini—menyediakan konduksi.
Kapasitor MOS n-channel: (a) tanpa muatan, (b) terisi.
MOSFET n-channel (jenis peningkatan): (a) bias gate 0 V, (b) bias gate positif. Bias gate positif mengisi kapasitor, menginduksikan wilayah inversi yang menghubungkan sumber dan drain, memungkinkan arus besar mengalir saat tegangan sumber-drain diterapkan. Dalam sirkuit praktis, beban akan dihubungkan secara seri dengan suplai drain.
E-MOSFET (Mode Peningkatan)
Konfigurasi yang dijelaskan di atas adalah Enhancement-Mode MOSFET, jenis yang paling umum. Perangkat biasanya mati; tegangan gate di atas ambang menyala dengan meningkatkan saluran inversi. Tidak seperti BJT, gate MOSFET tidak menarik arus stabil, hanya lonjakan singkat untuk mengisi kapasitansinya.
Potongan Lintang MOSFET Diskrit
Potongan lintang dari MOSFET n-channel diskrit typis ditunjukkan di bawah ini. Doping n-tipe berat (N+) pada sumber dan drain mengurangi resistansi seri, sementara doping yang lebih ringan (N−) di wilayah saluran meminimalkan bocor. Wilayah gate p-tipe dapat diinversi oleh bias positif, menciptakan jalur resistansi rendah dari sumber ke drain. Banyak perangkat daya tinggi menggunakan tata letak serangga untuk meningkatkan area saluran efektif dan kapasitas arus.
MOSFET n-channel (jenis peningkatan): (a) potongan lintang, (b) simbol skematis.
V-MOS (MOSFET Berbentuk V)
Perangkat V-MOS memiliki gate berbentuk V yang memperluas area saluran sumber-drain, mengurangi resistansi keadaan on dan memungkinkan penanganan daya yang lebih tinggi. Varian berbentuk U (UMOS) menawarkan kemanufakturan yang lebih baik sambil mempertahankan kinerja.
Poin Utama
- MOSFET mengantarkan dengan satu jenis pembawa, menjadikannya unipolar seperti FET tetapi berbeda dari BJT.
- Tegangan gate mengontrol arus sumber-ke-drain; gate hampir tidak menarik arus DC.
- Pengisian gate awal memerlukan lonjakan singkat, tetapi bocor tidak signifikan.
Lembar Kerja Terkait
- Gambaran Umum Transistor Konvensional dan Transistor Khusus Lembar Kerja
