Penjelasan dan Tipe MOSFET

Pengertian MOSFET

Metal Oxide Semiconductor FET (Transistor efek-medan semikonduktor logam-oksida) atau yang lebih dikenal dengan singkatan MOSFET merupakan salah satu jenis Field Effect Transistor (transistor efek medan) yang pertama kali diusulkan oleh Julius Edgar Lilienfeld pada tahun 1925. MOSFET adalah salah satu jenis transistor yang memiliki impedansi masukan (gate) yang sangat tinggi sehingga dengan menggunakan MOSFET sebagai saklar elektronik, dapat memungkinkan untuk menghubungkannya dengan semua jenis gerbang logika. Dengan menjadikan MOSFET sebagai saklar, maka dapat digunakan untuk mengendalikan beban dengan arus yang tinggi dan biaya yang lebih murah daripada menggunakan transistor bipolar. Untuk membuat MOSFET sebgai saklar maka hanya menggunakan MOSFET pada kondisi saturasi (ON) dan kondisi cut-off (OFF).

Prinsip Kerja MOSFET

Pada FET dengan gerbang terisolasi (Insulated Gate Field Effect Transistor, IGFET ), terdapat gate yang terdiri dari elektroda logam yang dipisahkan dari kanal oleh lapisan tipis Silikon dioksida (SiO₂) yang berfungsi sebagai dielektrik. Tegangan yang diberikan ke gate dapat menginduksikan muatan ke dalam kanal untuk mengendalikan arus drain. Disini tidak ada lagi persambungan P-N. IGFET mempunyai resistansi input yang sangat tinggi yang tidak tergantung pada polaritas tegangan gate. Karakteristiknya tidak terpengaruh oleh temperatur.

Gate terisolasi pada dasarnya adalah piranti elektrostatis dengan resistansi yang sangat tinggi. Nilai spesifik resistansi input R_in adalah 15 MΩ. IGFET yang tidak dihubungkan dalam rangkaian sebaiknya diberikan cincin yang menghubungkan semua elektroda untuk mencegah timbulnya muatan statis. IGFET digunakan untuk penguat daya rendah (Low Power Amplifier) dan rangkaian-rangkaian penghitung (Counting Circuit).

Pada tipe-n MOSFET terdiri dari sumber dan drain, dua daerah semikonduktor sangat melakukan tipe-n yang terisolasi dari substrat tipe-p dengan terbalik-bias dioda pn. Sebuah logam (atau poli-kristal) gerbang mencakup daerah antara sumber dan drain, tetapi dipisahkan dari semikonduktor dengan oksida gerbang. Struktur dasar dari MOSFET tipe-n dan simbol sirkuit yang bersangkutan.

Crosssection dan rangkaian simbol dari tipe-n Metal-Oxide-Semiconductor Field–Transistor Efek-(MOSFET).

Seperti yang dapat dilihat pada gambar diatas, daerah sumber dan emigrasi adalah identik . Ini adalah tegangan terapan yang menentukan tipe-n daerah menyediakan elektron dan menjadi sumber, sementara wilayah tipe-n lainnya mengumpulkan elektron dan menjadi sia-sia. Tegangan diterapkan pada pembuangan dan elektroda gerbang serta substrat dengan cara kontak kembali yang mengacu pada potensi sumber, seperti juga ditunjukkan pada gambar.
Pada gambar dibawah ini, di mana gerbang panjang, L, dan lebar pintu gerbang, W, yang diidentifikasi. Perhatikan bahwa panjang gerbang tidak sama dengan dimensi fisik dari pintu gerbang, tetapi jarak antara sumber dan daerah menguras bawah gerbang. Tumpang tindih antara pintu gerbang dan sumber dan daerah pembuangan diperlukan untuk memastikan bahwa lapisan inversi membentuk terus menerus melakukan jalur antara sumber dan daerah tiriskan. Biasanya ini tumpang tindih dibuat sekecil mungkin untuk meminimalkan kapasitansi parasit tersebut.

Top melihat dari tipe-n Metal-Oxide-Semiconductor Field–Transistor Efek-(MOSFET)

Aliran elektron dari sumber ke drain dikendalikan oleh tegangan diterapkan ke pintu gerbang. Sebuah tegangan positif diterapkan ke pintu gerbang, menarik elektron untuk antarmuka antara dielektrik gerbang dan semikonduktor. Elektron ini membentuk saluran melakukan antara sumber dan drain, yang disebut lapisan inversi. Tidak ada arus gerbang diperlukan untuk menjaga lapisan inversi di antarmuka sejak oksida gerbang memblok aliran pembawa. Hasil akhirnya adalah bahwa saat ini antara drain dan source dikendalikan oleh tegangan yang diterapkan ke pintu gerbang.

Arus terhadap tegangan khas (IV) karakteristik MOSFET ditunjukkan pada gambar di bawah. Diimplementasikan adalah model kuadrat untuk MOSFET.

IV karakteristik MOSFET tipe-n dengan VG = 5 V (kurva atas), 4 V, 3 V dan V 2 (kurva bawah).

Tipe-tipe  IG FET MOSFET Kanal P

a. Tipe Peningkatan (Enhancement Type)

Bila kanal dapat konduksi hanya bila gate diberi tegangan, maka MOSFET itu termasuk tipe peningkatan (Enhancement type atau Enhancement mode). Hal ini berarti bahwa tegangan gate harus meningkatkan pembawa muatan dalam kanal untuk memungkinkan arus drain mengalir.

Untuk MOSFET kanal P tipe Enhancement, dalam keadaan V_GS = 0 V, hubungan antara Source dengan Drain terputus. Pemberian V_GS (-) akan membuat Source dengan Drain terhubung. Makin besar tegangan negatip pada gate, arus drain akan semakin besar.

Untuk MOSFET kanal N tipe peningkatan (Enhancement), dalam keadaan V_GS = 0 V, hubungan antara Source – Drain terputus. Pemberian V_GS(+) akan menyebabkan terbentuknya kanal yang menghubungkan Source dengan Drain.

b. Depletion Type

Bila kanal konduksi tanpa tegangan gate, atau tegangan gate sama dengan nol, MOSFET tersebut termasuk tipe pengosongan atau depletion typeatau depletion mode. Artinya pemberian tegangan pada gate meyebabkan konduktivitas kanal akan berkurang atau arus drain yang mengalir akan semakin kecil.

Untuk MOSFET kanal P tipe Depletion, dalam keadaan V_GS = 0 V, Source-Drain terhubung, pemberian tegangan V_GS (+) akan menurunkan konduktivitas kanal dan pada level V_GS(+) tertentu kanal akan terputus (MOSFET = Off).

Untuk MOSFET kanal N tipe Depletion, jika  V_GS = 0 V, Source – Drain terhubung. Pemberian V_GS(-) akan membuat konduktivitas kanal menurun dan pada level V tertentu, kanal akan terputus (MOSFET = OFF).

Catatan : untuk MOSFET kanal P pembiasan dalam mode/Tipe Enhancement dan mode/Tipe Depletion, dilakukan dengan membalik polaritas V_DS dan V_GS sesuai kebutuhan.

Rangkaian MOSFET Sebagai Saklar Pada Kondisi Cut-Off

Karakeristik MOSFET pada daerah Cut-Off antara lain sebagai berikut.

• Input gate tidak mendapat tegangan bias karena terhubung ke ground (0V)
• Tegangan gate lebih rendah dari tegangan treshold (Vgs < Vth)
• MOSFET OFF (Fully-Off) pada daerah cut-off ini.
• Tidak arus drain yang mengalir pada MOSFET
• Tegangan output Vout = Vds = Vdd
• Pada daerah cut-off MOSFET dalam kondisi open circuit.

Dengan beberapa karakteristik diatas maka dapat dikatakan bahawa MOSFET pada daerah Cut-Off merupakan saklar terbuka dengan arus drain Id = 0 Ampere. Untuk mendapatkan kondisi MOSFET dalam keadaan open maka tegnagan gate Vgs harus lebih rendah dari tegangan treshold Vth dengan cara menghubungkan terminal input (gate) ke ground.

Wilayah Saturasi (MOSFET ON)

Pada daerah saturasi MOSFET mendapatkan bias input (Vgs) secara maksimum sehingga arus drain pada MOSFET juga akan maksimum dan membuat tegangan Vds = 0V. Pada kondisi saturasi ini MOSFET dapat dikatakan dalam kondisi ON secara penuh (Fully-ON).

Gambar Rangkaian MOSFET Sebagai Saklar Pada Kondisi Saturasi

Karakteristik MOSFET pada kondisi saturasi antar lain  adalah :

• Tegangan input gate (Vgs) tinggi
• Tegangan input gate (Vgs) lebih tinggi dari tegangan treshold (Vgs>Vth)
• MOSFET ON (Fully-ON) pada daerah Saturasi
• Tegangan drain dan source ideal (Vds) pada daerah saturasi adalah 0V (Vds = 0V)
• Resistansi drain dan source sangat rendah (Rds < 0,1 Ohm)
• Tegangan output Vout = Vds = 0,2V (Rds.Id)
• MOSFET dianalogikan sebagai saklar kondisi tertutup

Kondisi saturasi MOSFET dapat diperoleh dengan memberikan tegangan input gate yang lebih tinggi dari tegangan tresholdnya dengan cara menghubungkan terminal input  ke Vdd. Sehingga MOSFET mejadi saturasi dan dapat dianalogikan sebagai saklar pada kondisi tertutup.

Itulah penjelasan mengenai MOSFET, semoga dapat membantu sobat dalam mengenal dunia elektronika. Untuk mengenal lebih jelas tentang FET, silahkan baca artikel : penjelasan dan karakteristik FET

Share this post