En bref, le principe de fonctionnement d'un transistor à effet de champ (FET) est que "le courant ID circulant entre le drain et la source à travers le canal est contrôlé par la tension de grille polarisée en inverse formée par la jonction pn entre la grille et le canal". Plus précisément, la largeur du chemin d'écoulement ID, c'est-à-dire la section transversale du canal -, est contrôlée par le changement dans l'expansion de la couche d'appauvrissement provoqué par le changement dans la polarisation inverse de la jonction pn. Dans la région de non--saturation où VGS=0, l'expansion de la couche de transition n'est pas très importante. Selon le champ électrique VDS appliqué entre le drain et la source, certains électrons de la région source sont éloignés par le drain, c'est-à-dire que le courant ID circule du drain vers la source. La couche de transition s'étendant de la grille au drain bloque une partie du canal, provoquant la saturation de l'ID. Cet état est appelé pincement-off. Cela signifie que la couche de transition bloque une partie du canal, mais que le courant n'est pas coupé.
Dans la couche de transition, comme il n’y a pas de libre mouvement des électrons et des trous, elle a des propriétés presque isolantes dans des conditions idéales et le courant circule généralement très lentement. Cependant, à ce stade, le champ électrique entre le drain et la source se situe en réalité près du bas du drain et de la grille, là où les deux couches de transition sont en contact. Les électrons à grande vitesse-attirés par le champ électrique de dérive traversent la couche de transition. Étant donné que l’intensité du champ électrique de dérive reste presque constante, une saturation ID se produit. Deuxièmement, VGS change dans le sens négatif, ce qui fait que VGS=VGS(off), auquel cas la couche de transition couvre à peu près toute la région. De plus, la majeure partie du champ électrique du VDS est appliquée à la couche de transition, attirant les électrons vers la direction de dérive, ne laissant qu'une très courte partie près de la source, empêchant ainsi la circulation du courant.
Champ MOS-Circuit de commutation de puissance à transistor à effet
Les transistors à effet de champ-MOS sont également connus sous le nom de transistors à effet de champ-oxyde métallique-semiconducteur-(MOSFET). Ils sont généralement de deux types : le mode d'épuisement-et le mode d'amélioration-. Les MOSFET en mode d'amélioration- peuvent être divisés en types NPN et PNP. Le type NPN est généralement appelé canal N-, et le type PNP est également appelé canal P-. Pour un transistor à effet de champ (FET) à canal N--, la source et le drain sont connectés à un semi-conducteur de type N-, et de même, pour un FET à canal P-, la source et le drain sont connectés à un semi-conducteur de type P-. Le courant de sortie d'un FET est contrôlé par la tension d'entrée (ou champ électrique) et peut être considéré comme minime ou inexistant. Cela se traduit par une impédance d'entrée élevée, c'est pourquoi on l'appelle transistor à effet de champ (FET).
Lorsqu'une tension directe est appliquée à une diode (borne P-au positif, borne N-au négatif), la diode est conductrice et le courant circule à travers sa jonction PN. En effet, lorsqu'une tension positive est appliquée au semi-conducteur de type P-, les électrons négatifs du semi-conducteur de type N- sont attirés vers le semi-conducteur de type P- à tension positive, tandis que les électrons positifs du semi-conducteur de type P- se déplacent vers le semi-conducteur de type N-, créant ainsi un courant conducteur. De même, lorsqu'une tension inverse est appliquée à la diode (borne P- connectée à la borne négative et borne N - à la borne positive), une tension négative est appliquée au semi-conducteur de type P -. Les électrons positifs sont concentrés sur le semi-conducteur de type P-, tandis que les électrons négatifs sont concentrés sur le semi-conducteur de type N-. Puisque les électrons ne bougent pas, aucun courant ne traverse la jonction PN et la diode est coupée. Lorsqu'il n'y a pas de tension à la grille, comme analysé précédemment, aucun courant ne circule entre la source et le drain et le MOSFET est à l'état désactivé (Figure 7a). Lorsqu'une tension positive est appliquée à la grille d'un MOSFET MOS à canal N-, en raison du champ électrique, les électrons négatifs de la source et du drain du semi-conducteur de type N- sont attirés vers la grille. Cependant, en raison de l'obstruction du film d'oxyde, les électrons s'accumulent dans le semi-conducteur de type P- entre les deux canaux N- (voir Figure 7b), formant ainsi un courant et rendant la source et le drain conducteurs. On peut imaginer que les deux semi-conducteurs de type N-sont reliés par un canal, et l'établissement de la tension de grille équivaut à construire un pont entre eux. La taille de ce pont est déterminée par la tension de grille.
C-Champ MOS-Transistor à effet (amélioration-Champ MOS en mode-Transistor à effet)
Ce circuit combine un transistor à effet de champ MOS à canal P en mode P d'amélioration (EMT) et un transistor à effet de champ MOS à canal N en mode N d'amélioration - (transistor à effet de champ MOS à canal N -). Lorsque l'entrée est faible, le transistor à effet de champ MOS à canal P--est activé et sa sortie est connectée à la borne positive de l'alimentation. Lorsque l'entrée est haute, le transistor à effet de champ MOS à canal N--est activé et sa sortie est connectée à la masse. Dans ce circuit, les transistors à effet de champ MOS à canal P-et à canal N--fonctionnent toujours dans des états opposés, avec leurs phases d'entrée et de sortie inversées. Cette opération permet une sortie de courant plus importante. Simultanément, en raison du courant de fuite, le transistor à effet de champ MOS - est désactivé avant que la tension de grille n'atteigne 0 V, généralement lorsque la tension de grille est inférieure à 1 à 2 V. La tension de coupure varie légèrement en fonction du transistor à effet de champ MOS spécifique. Cette conception évite un court-circuit provoqué par la conduction simultanée des deux transistors.
