МОП-транзистор: принцип действия и сфера применения

Изучение свойств такого материала, как полупроводник, позволило сделать революционные открытия. Со временем появились технологии, позволяющие в промышленных масштабах изготавливать диоды, МОП-транзистор, тиристор и другие элементы. Они с успехом заменили электронные лампы и позволили реализовать самые смелые идеи. Полупроводниковые элементы используются во всех сферах нашей жизни. Они помогают нам обрабатывать колоссальные объемы информации, на их базе производятся компьютеры, магнитофоны, телевизоры и т.д.

С момента изобретения первого транзистора, а это было в 1948 году, прошло уже немало времени. Появились разновидности этого элемента: точечный германиевый, кремниевый, полевой или МОП-транзистор. Все они широко применяются в радиоэлектронной аппаратуре. Изучение свойств полупроводников не останавливается и в наше время.

Эти исследования привели к появлению такого прибора, как МОП-транзистор. Принцип работы его основан на том, что под действием электрического поля (отсюда еще одно название - полевой), изменяется проводимость приповерхностного слоя полупроводника, расположенного на границе с диэлектриком. Именно это свойство и используется в электронных схемах различного назначения. МОП-транзистор обладает такой структурой, которая позволяет понижать сопротивление между стоком и истоком под действием управляющего сигнала практически до нуля.

Его свойства отличны от биполярного “конкурента”. Именно они и определяют сферу его применения.

• Высокое быстродействие обеспечивается за счет миниатюризации самого кристалла и его уникальных свойств. Это связано с определенными трудностями в промышленном производстве. В настоящее время производятся кристаллы с затвором в 0,06 мкм.
• Небольшая переходная емкость позволяет этим устройствам работать в высокочастотных схемах. К примеру, БИС с их использованием с успехом применяется в мобильной связи.
• Практически нулевое сопротивление, которое имеет МОП-транзистор в открытом состоянии, позволяет использовать его в качестве электронных ключей. Они могут работать в схемах генерирования сигналов высокой частоты или для шунтирования таких элементов, как операционные усилители.
• Мощные приборы этого вида с успехом применяются в силовых модулях и могут входить в индукционные цепи. Хорошим примером их использования может стать частотный преобразователь.

При проектировании и работе с такими элементами необходимо учитывать некоторые особенности. МОП-транзисторы чувствительны к обратному перенапряжению и легко выходят из строя. В схемах с индуктивностью обычно применяют быстродействующие диоды Шоттки для сглаживания обратного импульса по напряжению, который возникает при коммутации.

Перспективы применения этих приборов достаточно большие. Совершенствование технологии их изготовления идет по пути уменьшения кристалла (масштабирования затвора). Постепенно появляются приборы, которые способны управлять все более мощными электродвигателями.