MOSFET to rodzaj tranzystora polowego, którego pełna nazwa pochodzi od angielskiego określenia Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor. Po polsku można spotkać określenie tranzystor polowy z izolowaną bramką, choć skrót MOSFET jest zdecydowanie częściej używany. Jest to jeden z najważniejszych rodzajów tranzystorów stosowanych we współczesnej elektronice. MOSFET-y znajdują się między innymi w komputerach, smartfonach, ładowarkach, zasilaczach, wzmacniaczach, sterownikach silników i układach scalonych.

Zasada działania, wyprowadzenia i rodzaje tranzystorów MOSFET

Podstawowym zadaniem MOSFET-u jest sterowanie przepływem prądu. Element ten działa jak elektroniczny przełącznik albo, w odpowiednich układach, jako element umożliwiający regulowanie natężenia prądu. W przeciwieństwie do tranzystora bipolarnego sterowanie MOSFET-em odbywa się przede wszystkim za pomocą napięcia przyłożonego do bramki. Dzięki temu wejście tranzystora pobiera bardzo mały prąd stały, co jest jedną z jego najważniejszych zalet.

Typowy MOSFET ma trzy podstawowe wyprowadzenia: bramkę (gate), źródło (source) i dren (drain). Bramkę można porównać do elementu sterującego przepływem prądu pomiędzy źródłem a drenem. W tranzystorze znajduje się warstwa izolacyjna, najczęściej wykonana z tlenku krzemu, oddzielająca bramkę od obszaru półprzewodnika. To właśnie od tej konstrukcji pochodzi nazwa MOS, czyli metal-oxid-semiconductor.

W zależności od budowy wyróżnia się przede wszystkim MOSFET-y z kanałem typu N oraz typu P. W tranzystorze z kanałem N przepływ prądu jest sterowany w inny sposób niż w elemencie z kanałem P, dlatego oba typy mają inne zastosowania w układach elektronicznych. Spotyka się również MOSFET-y z kanałem wzbogacanym i zubożanym. W praktycznych układach bardzo często wykorzystywane są tranzystory z kanałem wzbogacanym, które przewodzą po odpowiednim przyłożeniu napięcia sterującego.

Zastosowanie jako przełącznik, najważniejsze parametry i technologia CMOS

MOSFET może pracować jako przełącznik. W takim zastosowaniu tranzystor jest szybko włączany i wyłączany, co pozwala między innymi sterować zasilaniem innych elementów. Jest to szczególnie ważne w przetwornicach impulsowych i zasilaczach. MOSFET-y mogą również pracować w układach, w których ich przewodzenie jest regulowane w sposób ciągły. Wtedy wykorzystuje się je między innymi do wzmacniania sygnałów lub regulacji prądu.

Jedną z istotnych cech MOSFET-ów jest niewielki prąd wejściowy. Ma to znaczenie zwłaszcza w układach pracujących z dużą częstotliwością, ponieważ szybkość przełączania tranzystora wpływa na sprawność całego urządzenia.

Ważnym parametrem MOSFET-u jest napięcie dren-źródło, które określa maksymalne napięcie, jakie tranzystor może wytrzymać w określonych warunkach. Istotny jest również maksymalny prąd dren-źródło oraz rezystancja w stanie włączenia, oznaczana najczęściej jako RDS(on). Im mniejsza jest ta rezystancja, tym mniejsze straty energii występują podczas przewodzenia prądu. Przy wyborze tranzystora znaczenie ma także jego zdolność do odprowadzania ciepła.

MOSFET-y są powszechne również w procesorach i innych układach scalonych. W technologiach CMOS, czyli Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, wykorzystuje się komplementarne tranzystory MOSFET z kanałem N i P. Pozwala to budować bardzo złożone układy cyfrowe, w których na niewielkiej powierzchni można umieścić miliardy tranzystorów. To właśnie rozwój technologii MOSFET był jednym z fundamentów miniaturyzacji elektroniki.