Yarı İletkenli Elektronik Devre Elemanları - Mosfet

16 - Mosfet:

Mosfetlerde fetler gibi N kanal ve P kanal olarak ikiye ayrılırlar. Mosfetler Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi büyük bir gövde olan P maddesi (SS) oluk ve kaynak kutuplarına bağlı iki adet N maddesi. Ve yine kanal bölgesini oluşturan bir N maddesi daha. Birde kanal ile arasında silisyumdioksit (SiO2) maddesi bulunan kapı konnektörü bulunmaktadır. Bu madde n kanal ile kapı arasında iletimin olmamasını sağlar. P maddesinden oluşan gövde bazı mofetlerde içten S kutbuna bağlanmış, bazı mosfetlerde de ayrı bir uc olarak dışarı çıkarılmıştır. Mosfetler akım kontrolü fetlerden biraz farklıdır. Mosfetler bazı özelliklerine göre ikiye ayrılırlar, bunlar ;"Deplesyon (Depletion)" ve "Enhensment" tipi mosfetlerdir. Bu iki tip mosfeti şimdi ayrı ayrı inceleyelim.

MOSFET

MOSFET 'lerin Yapısı

JFET 'ler klasik transistörlere göre büyük bir gelişme olmasına rağmen bazı limitleri vardır. JFET 'lerin giriş empedansları klasik transistörlerden daha fazla olduğu için, JFET 'in girişine bağlanan sinyal kaynağından çekilen küçük miktardaki ters beyz gate akımı, sinyal kaynağını yükler. Bu yükleme etkisini azaltmak ve frekans cevabını (respond) geliştirmek için JFET 'lere göre daha fazla gelişmiş başka bir alan etkili transistör yapılmıştır.

Alan etkili transistörün (Fet) geliştirilmiş tipi genellikle Mosfet olarak bilinen metal oksit yarı iletkendir. Mosfet kalimesinin açılımı metal oxide semiconductor field effect transistor 'dür. (Metal oksit yarıiletken alan etkili transistör). Mosfet, ingilizce açılımının baş harfleri bir araya getirilerek oluşturulmuştur.

İzole edilmiş gate özelliğinden dolayı Mosfet 'lerin giriş empedansı son derece yüksek olup (10¹⁴) elektrodlar arası iç kapasitansı çok küçüktür. Bundan dolayı Mosfet 'ler normal transistörlerin, frekans sahasının çok daha üstündeki frekanslarda ve yüksek giriş empedanslı yükselteçlere ihtiyaç duyulan devrelerde daha fazla kullanılırlar. Bunun için Mosfet 'ler voltmetre, ohmmetre ve diğer test aletlerinde kullanılırlar. Mosfet 'lerde, JFET 'lere ve klasik transistörlere nazaran gürültü daha az olup, band genişliği daha fazladır.

Mosfet 'lerin bu üstünlüklerine nazaran bazı sakıncaları vardır. Şöyleki; Mosfet yapısındaki ince silikon oksit tabakası, kolaylıkla tahrip olabilir. Mosfet 'e elle dokunulması halinde insan vücudu üzerindeki elektrostatik yük nedeniyle oksit tabakası delinerek, kullanılmayacak şekilde harap olabilir. Bundan dolayı Mosfet 'ler, özel ambalajlarında korunmaya alınmalı, Mosfet 'e dokunmadan önce kullanıcı, üzerindeki elektrostatik yükü topraklayarak boşaltmalıdır. Mosfet 'i devre üzerinde montaj yaparken düşük güçlü havya kullanılmalı ve havya mutlaka topraklanmalıdır.

Mosfetler şu şekilde sınıflandırılır:

a) Azalan (Boşluk şarjlı, depletion tipi) Mosfet
b) Çoğalan (Enhancement) tipi Mosfet

JFET 'lerde olduğu gibi yine kendi aralarında, n-kanallı ve p-kanallı azalan ve çoğalan tip olarak ayrılırlar.

Şekil 1.13 Mosfet Sembolleri

Mosfet sembollerinden görüleceği gibi JFET 'lerden ayıran, Mosfet 'lerde Substrate (SS, Bulk, Altkatman) terminalinin bulunmasıdır.

 

a) Deplesyon:

Yandaki garafikten de anlaşılacağı gibi mosfetin gate kutbuna 0V verildiğinde (yani S kutbu ile birleştirildiğinde) S ve D kutupları arasından fetlerdeki gibi bir akım akmaya başlar. Gate kutbuna negatif yönde yani -1V uygulandığında ise gate kutbundaki elektronlar kanaldaki elektronları iter ve p tipi maddeden oluşan gövdedeki oyuklarıda çeker. Bu itme ve çekme olaylarından dolayı kanal ile gövdedeki elektron ve oyuklar birleşerek nötr bölge oluştururlar. Gate 'e uygulanan negatif gerilim artırıldığında ise nötr bölge dahada genişler ve akımın geçmesine engel olur. Gate kutbuna pozitif yönde gerilim uygulandığında gate kutbundaki oyuklar, gövdedeki oyukları iter, kanaldaki elektronları ise çeker fakat aradki silisyumdioksit madde nedeniyle gate kutbundaki oyuklarla elektrınlar birleşemez. Bu sayede kanal genişler ve geçen akım daha da artar. İşte bu gate kutbunan uygulanan pozitif gerilimle akımın artırılmasına "Enhensment", negatif gerilim uygulayarak akım düşürülmesinede "Deplesyon" (Depletion) diyoruz. Bu bölümde Deplesyon tipi mosfetlerin N kanal olan türünü açıkladık. P kanal olan tipi N kanalın, polarma ve yarıiletkenlerin yerleri bakımından tam tersidir.

b) Enhensment:

Enhensment tipi mosfetleri, Deplesyon tipi mosfetlerden ayıran en önemli özellik yantarafta da görüldüğü gibi N tipi kanalın bulunmamasıdır. Bu kanalın bulunmaması nedeni ile gate kutbuna 0V uygulandığında S ile D uçları arasından hiç bir akım geçmez. Fakat gate kutbuna +1V gibi bir pozitif gerilim uygulandığında gate kutbundaki oyuklar gövdedeki oyukları iter. Bu sayede S kutbundan gelen elektronlara D kutbuna gitmek için yol açılmış olur. S ve D kutupları arasından bir akım geçmeye başlar. Bu bölümde Enhensment tipi mosfetlerin N kanal olan türünü açıkladık. P kanal olan tipi N kanalın, polarma ve yarıiletkenlerin yerleri bakımından tam tersidir.