Elektronik devrelerde kullanılan transistörün en önemli çeşitlerinden olan MOSFET, en sık kullanılan ve en yaygın türlerinden bir tanesidir. Metal Oksit Silikon Alan Etkili Transistörler, yavaş çalışma, yüksek dirence dayanıklılık ve orta giriş empedansı gibi FET’lerde meydana gelebilecek olumsuzluklara karşı icat edilmiştir. Bu içeriğimizde sizlere MOSFET nedir? ne işe yarar? gibi soruların cevaplarını derledik.

MOSFET (Metal Oksit Yarıiletken Alan Etkili Transistörler) Nedir?



MOSFET

Daha önce Transistör Nedir? yazımızda Metal Oksit Yarıiletken Alan Etkili Transistörler hakkında kısaca bilgi vermiştik.

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) transistörü, elektronik sinyallerin yükseltilmesi ve anahtarlama görevi gören, yaygın olarak kullanılan devre elemanlarıdır.

Metal Oksit Yarıiletken Alan Etkili Transistörler, source(S), gate(G), drain(D) ve body(B) terminalleri olmak üzere dört uçlu bir cihazdır. Genel olarak MOSFET’in gövdesi(B) kaynak ucu ile bağlantılı olduğu için alan etkili transistörler gibi üç uçlu düşünebiliriz. MOSFET hem analog hem de dijital devrelerde kullanılır.

Bu transistörlerin çalışabilirliği, elektronların akışı ile birlikte kanal açıklığında meydana gelen elektriksel değişimlere bağlıdır. Yükler, kaynak terminalinden kanala girer ve boşaltma yoluyla çıkar.



Kanalın açıklığı, geçit(G) ve kaynak(S) ile tahliye(D) arasında bulunan elektrot üzerindeki voltaj tarafından kontrol edilir. Çok ince bir metal oksit tabaka ile yalıtılmıştır. Cihazda bulunan MOS kapasitesi, işlevselliğin en önemli bölümüdür.

Bir MOSFET‘in iki sınıfı vardır bunlar; Tükenme ve geliştirme modu. Her sınıfında n-kanal veya p-kanal olmak üzere iki çeşidi vardır.

Tükenme Modu

Normalde herhangi bir voltaj uygulanmadığında açık halde olan MOSFET, tükenme modu olarak bilinir. Tükenme modu MOSFET türlerinde akım akışı tahliye(D) terminalinden kaynağa(S) doğru gerçekleşir.

Bu transistörlerde geçit(G) terminaline voltaj uygulandığında kaynağa(S) giden drenaj daha dirençli hale gelecektir. Geçit kaynağı voltajı arttırdığında drenajdan(D) kaynağa(S) akım akışı durana kadar azalacaktır.

Geliştirme Modu

Kapı(G) terminalinde voltaj olmadığında, cihaz iletmez. Kapı terminalinde maksimum voltaj olduğunda, cihaz gelişmiş iletkenlik gösterir.



N-Kanallı MOSFET

• Substrat p-tipindeyken drain(D) ve source(S) n+ elektron fazlalığı oluşur.
• Akım, P-kanalından akmaya devam eder.
• Gate(G) pozitif voltaj uygulandığında, n+ kaynağından ve boşaltma bölgesinden gelen elektronlar gate bölgesine doğru çekilerek bir elektron erişim kanalı oluşturur.

P-Kanallı MOSFET

• N-kanalından farklı olarak, substrat n-tipindeyken drain(D) ve source(S) p+ elektron fazlalığı oluşur.
• Akım, P-kanalından akmaya devam eder.
• Gate(G) negatif bir voltaj uygulandığında, kükürt oksidin altındaki elektronlar akım akışına tepki verir ve alt tabakaya doğru itilir.

MOSFET Ne İşe Yarar?

Metal Oksit Yarıiletken Alan Etkili Transistörler devrelerdeki voltajı değiştirmek veya yükseltmek için kullanılır. Bunun yanında kullanıldığı alanları şu şekilde sıralayabiliriz;

• Radyofrekans uygulamalarında, Metal Oksit Yarıiletken Alan Etkili Transistörler amplifikatörlerini yoğun bir şekilde kullanır.
• Motor torku ve hız kontrolünü sağlamada
• Sokak lambalarının kontrolünde
• Helikopterler, dronlar ve tekneler gibi radyo kontrollü uygulamalarda
• Endüstriyel otomasyon kontrol ve robotik alanlarında kullanılır.

Genel olarak Metal Oksit Yarıiletken Alan Etkili Transistör uygulamaları, günümüzde mikrodenetleyici kullanılan bir çok elektrik-elektronik devrelerde kullanımını görmek mümkündür.

Avantajları

• Bu cihazlar minimum akım seviyelerinde çalışabilirler ve az akım harcarlar.
• Düşük voltaj seviyelerinde çalışırken bile üst düzey verimlilik sağlar.
• Geçit akımı olmadığı için daha fazla giriş empedansı olmasını sağlar bu da cihazın daha hızlı anahtarlama görevi yapmasını sağlar.

Dezavantajları

• Bu cihazlar yüksek gerilim seviyelerinde çalıştırıldığında kararlı özelliğini kaybederek kararsızlaşır.
• Bu cihazların oksit tabakası ince olduğu için elektrostatik yüklerle tetiklendiğinde cihaza zarar verebilir.

MOSFET Nasıl Çalışır?

Metal Oksit Yarıiletken Alan Etkili Transistör çalışma prensibi source(S) ve drain(D) uçları arasındaki akım ve gerilim akışını kontrol edebilmektir. Neredeyse bir anahtar gibi çalışır ve cihazın işlevselliği MOS kondansatörüne dayanır. MOS kapasitörü, MOSFET’in ana parçasıdır. Oksit tabakasındaki yarı iletken yüzey source(S) ve drain(D) terminalleri arasında bulunur. Pozitif veya negatif voltaj uygulanarak p-tipinden n-tipine çevrilebilir.

Pozitif gate(G) voltajı uyguladığımızda, oksit tabakasının altında bulunan delikler itme kuvvetine maruz kalırlar. Bu sebepler delikler ve alt tabaka aşağı doğru itilir. Gate(G) terminalindeki voltaj değiştiğinde kapasitörün elektrik alanı değişir. Bu da iletim yolunun direncini değiştirir.

Kapı kanaldan metal oksit tarafından izole edildiğinden, Gate(G) terminaline pozitif veya negatif voltaj uygulanabilir. Kapı terminaline negatif voltaj uygulandığında, tükenme modu, pozitif voltaj uygulandığında, geliştirme modu çalışması denir.

Kaynak