Apa itu MOSFET ? dan Prinsip Kerja

Apa sih pengertian Transistor MOSFET? - tapi sebelum membahas itu ada yang perlu kalian ketahui. Transistor efek medan dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu transistor efek medan sambungan JFET (junction field-effect transistor) dan transistor efek medan semi-konduktor metal-oksida MOSFET (metal-oxide semiconduktor field-effect transistor). Nah kali ini saya akan membahas mengenai MOSFET dan cara kerjanya.

Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor atau biasa disebut MOSFET adalah sebuah perangkat semionduktor yang secara luas di gunakan sebagai switch dan sebagai penguat sinyal pada perangkat elektronik. MOSFET adalah inti dari sebuah IC ( integrated Circuit ) yang di desain dan di fabrikasi dengan single chip karena ukurannya yang sangat kecil. MOSFET memiliki empat gerbang terminal antara lain adalah Source (S), Gate (G), Drain (D) dan Body(B).



Ada dua jenis MOSFET menurut jenis bahan semikonduktor pembuatnya, yaitu tipe N (nMOS) dan tipe P (pMOS). Bahan semikonduktor yang digunakan untuk membuat MOSFET adalah silikon, namun beberapa produsen IC, terutama IBM, mulai menggunakan campuran silikon dan germanium (SiGe) sebagai kanal MOSFET. Sayangnya, banyak semikonduktor dengan karakteristik listrik yang lebih baik daripada silikon, seperti galium arsenid (GaAs), tidak membentuk antarmuka semikonduktor-ke-isolator yang baik sehingga tidak cocok untuk MOSFET. Hingga kini terus diadakan penelitian untuk membuat isolator yang dapat diterima dengan baik untuk bahan semikonduktor lainnya. MOSFET bekerja secara elektonik memvariasikan sepanjang jalur pembawa muatan ( electron atau hole ). Muatan listrik masuk melalui Saluran pada Source (S) dan keluar melalui Drain (D). Lebar Saluran di kendalikan oleh tegangan pada electrode yang di sebut dengan Gate atau gerbang yang terletak antara Source (S) dan Drain (D). ini terisolasi dari saluran di dekat lapisan oksida logam yang sangat tipis. Kapasitas MOS pada komponen ini adalah bagian Utama nya. Mosfet memiliki dua mode, mode pertama adalah Depletion Mode dan Enhancement Mode.

• ■ Depletion Mode - Transistor memerlukan tegangan Gate-Source, (VGS) untuk mengalihkan perangkat dalam kondisi "OFF". Depletion Mode MOSFET seperti saklar “Normally Closed”.
• ■ Enhancement Mode - Transistor memerlukan tegangan Gate-Source, (VGS) untuk mengalihkan perangkat dalam kondisi "ON". Enhancement Mode MOSFET seperti saklar “Normally Open”.

Keempat simbol MOSFET di atas menunjukkan terminal tambahan yang disebut Substrate dan biasanya tidak digunakan sebagai koneksi input atau output tetapi sebaliknya digunakan untuk membumikan (grounding) substrat. Terminal ini terhubung dengan saluran semikonduktif utama melalui persimpangan dioda ke body (B) atau tab logam MOSFET. Biasanya dalam MOSFET tipe diskrit, ujung media ini dihubungkan secara internal ke terminal sumber (S). Ketika kasus ini terjadi, Enhancement Mode dihilangkan dari simbol untuk klarifikasi. Garis dalam simbol MOSFET antara koneksi Source (S) dan Drain (D) mewakili saluran semikonduktif transistor. Jika saluran ini merupakan garis lurus yang tidak terputus maka ini mewakili mode “Depletion” (Normally ON) karena arus Drain (D) dapat mengalir dengan potensi bias gerbang(G) nol. Jika garis saluran ditampilkan sebagai garis putus-putus atau putus, maka garis tersebut mewakili mode MOSFET “Enhancement” (Normally OFF) sebagai arus Drain (D) nol dengan potensial gerbang(G) nol. Arah panah yang menunjuk ke saluran ini menunjukkan saluran konduktif adalah tipe semikonduktor tipe-P atau tipe-N.

Depletion Mode

Ketika tidak ada tegangan pada Gate maka kondusi channel berada pada kondisi maksimum. Karena tegangan pada gerbang(G) positif atau negative konduksi pada channel menurun.

Deplesion-mode MOSFET adalah saluran yang akan mengalirkan ketika VGS = 0 yang akan menjadikan perangkat “Normally-Closed”. Simbol sirkuit yang ditunjukkan di atas untuk depletion transistor MOS menggunakan saluran garis lurus untuk menandakan saluran konduktif yang biasanya tertutup. Untuk n-channel depletion MOS transistor, negatif tegangan sumber gerbang, -VGS akan mengosongkan saluran konduktif dari elektron bebas yang memindahkan transistor dalam kondisi “OFF”. Demikian juga untuk p-channel depletion MOS transistor, sumber tegangan positif Gate-Source, + VGS akan menguras saluran lubang bebasdan mengubahnya menjadi kondisi “OFF”. Dengan kata lain, untuk n-channel depletion mode MOSFET: + VGS berarti lebih banyak elektron dan lebih banyak arus. Sedangkan -VGS berarti lebih sedikit elektron dan lebih sedikit arus. Yang sebaliknya juga berlaku untuk tipe p-channel. Kemudian depletion mode MOSFET setara dengan saklar “Normally-Closed”.

Circuit Symbols

Depletion-mode N-Channel MOSFET

Depletion-modeMOSFET dibangun mirip dengan transistor JFET dimana saluran Drain-Source secara inheren konduktif dengan elektron dan lubang yang sudah ada dalam saluran n-type atau p-type. Doping saluran ini menghasilkan jalur konduksi dengan resistansi rendah antara Drain (D) dan Source (S) dengan bias Gate nol.

Enhancement Mode

Ketika tidak ada tegangan pada Gate, MOSFET tidak akan bersifat konduksi. Tegangan yang meningkat pada Gate, maka sifat konduksi pada Channel semakin lebih baik.

Enhancement-modeMOSFET atau eMOSFET, adalah kebalikan dari tipe depletion-mode. Di sini saluran penghantar sedikit di-doping atau bahkan tidak diolah sehingga tidak konduktif. Ini menghasilkan perangkat menjadi kondisi “OFF” (non-conducting) secara normal ketika tegangan Gate bias, VGS sama dengan nol. Simbol sirkuit yang ditunjukkan di atas untuk peningkatan MOS transistor menggunakan garis saluran yang rusak untuk menandakan saluran yang tidak melakukan konduksi terbuka. Untuk n-channel enhancement MOS transistor, arus hanya akan mengalir ketika tegangan Gate (VGS) diterapkan ke terminal gerbang yang lebih besar dari level ambang tegangan (VTH) di mana konduktansi berlangsung menjadikannya perangkat transkonduktansi. Penerapan tegangan positif gate (+ ve) ke tipe-eMOSFET menarik lebih banyak elektron ke lapisan oksida di sekitar gerbang (gate) sehingga menambah atau meningkatkan (karenanya namanya) ketebalan saluran sehingga memungkinkan lebih banyak arus mengalir. Inilah sebabnya mengapa jenis transistor ini disebut enhancement mode karena penerapan tegangan gerbang (gate) meningkatkan saluran. Peningkatan tegangan gerbang (gate) positif ini akan menyebabkan resistansi saluran menurun lebih lanjut yang menyebabkan peningkatan arus drainase, ID melalui saluran. Dengan kata lain, untuk n-channel enhancement modeMOSFET: + VGS mengubah transistor dalam kondisi "ON", sedangkan nol (zero) atau -VGS mengubah transistor dalam kondisi "OFF". Dengan demikian, enhancement-modeMOSFET setara dengan saklar “Normally-Open”. Sebaliknya berlaku untuk p-channel enhancement MOS transistor. Ketika VGS = 0 perangkat kondisi "OFF" dan saluran terbuka. Penerapan tegangan gerbang (gate) negatif (-ve) ke tipe-eMOSFET meningkatkan konduktivitas saluran sehingga kondisi "ON". Kemudian untuk p-channel enhancement modeMOSFET: + VGS mengubah transistor dalam kondisi "OFF", sedangkan -VGS mengubah transistor dalam kondisi "ON".

Circuit Symbols

Enhancement-mode N-Channel MOSFET

Enhancement-modeMOSFET dapat membuat saklar elektronik dengan sangat baik karena resistansi "ON" yang rendah dan resistansi "OFF" yang sangat tinggi serta resistansi masukan yang sangat tinggi karena gerbang (gate) terisolasi. Enhancement-modeMOSFET digunakan dalam sirkuit terpadu (integrated circuits) untuk menghasilkan CMOS tipe Logic Gates dan power circuit switching kedalam bentuk gerbang PMOS (P-channel) dan NMOS (N-channel). CMOS sebenarnya singkatan dari Complementary MOS yang berarti bahwa perangkat logika memiliki PMOS dan NMOS dalam desainnya.

Cara Kerja

Tujuan dari MOSFET adalah mengontrol Tegangan dan Arus melalui antara Source dan Drain. Komponen ini hampir seluruh nya sebagai switch. Kerja MOSFET bergantung pada kapasitas MOS. Kapasitas MOS adalah bagian utama dari MOSFET. Permukaan semikonduktor pada lapisan oksida di bawah yang terletak di antara terminal sumber dan saluran pembuangan. Hal ini dapat dibalik dari tipe-p ke n-type dengan menerapkan tegangan gerbang positif atau negatif masing-masing. Ketika kita menerapkan tegangan gerbang positif, lubang yang ada di bawah lapisan oksida dengan gaya dan beban yang menjijikkan didorong ke bawah dengan substrat.

Daerah penipisan dihuni oleh muatan negatif terikat yang terkait dengan atom akseptor. Elektron mencapai saluran terbentuk. Tegangan positif juga menarik elektron dari sumber n dan mengalirkan daerah ke saluran. Sekarang, jika voltase diterapkan antara saluran pembuangan dan sumber, arus mengalir bebas antara sumber dan saluran pembuangan dan tegangan gerbang mengendalikan elektron di saluran. Alih-alih tegangan positif jika kita menerapkan tegangan negatif, saluran lubang akan terbentuk di bawah lapisan oksida.

N-Channel MOSFET

Struktur N-Channel Mosfet atau disebut dengan NMOS terdiri dari subtract tipe P dengan daerah Source dan Drain deberi Difusi N+. Diantara daerah Source (S) dan Drain (D) terdapat sebuah celah sempit dari subtract P yang di sebut dengan channel yang di tutupi oleh isolator yang terbuat dari Si02

P-Channel MOSFET

P-Channel MOSFET memiliki wilayah P-Channel diantara Source dan Drain. Dia memiliki empat terminal seperti Gate (G), Drain (D), Source (S) dan Body(B). Struktur Transistor PMOS terdiri atas tipe-n dengan daerah Source (S) dan Drain (D) diberi difusi P+.

RINGKASAN

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), singkatnya memiliki resistansi gerbang input yang sangat tinggi dengan arus yang mengalir melalui saluran antara Source (S) dan Drain (D) yang dikendalikan oleh tegangan gerbang (gate). Karena input dan impedansi input yang tinggi ini, MOSFET dapat dengan mudah rusak apabila dialiri listrik statis jika tidak dilindungi atau ditangani dengan hati-hati. MOSFET ideal digunakan sebagai saklar elektronik atau sebagai penguat sumber karena konsumsi dayanya sangat kecil. Aplikasi khas untuk tipe metal oxide semiconductor field effect transistors dalam Mikroprosesor,Logika CMOS Gates dll. Juga, perhatikan bahwa garis putus-putus di dalam simbol menunjukkan tipe enhancement “OFF” yang menunjukkan bahwa arus “TIDAK” dapat mengalir melalui saluran ketika tegangan gate-source nol VGS diterapkan. Garis putus terus menerus dalam simbol menunjukkan tipe Depletion “ON” yang normal yang akan menunjukkan bahwa “DAPAT” mengalir melalui saluran dengan tegangan gerbang (gate) nol. Untuk tipe p-channel, simbol-simbolnya sama persis untuk kedua jenis kecuali bahwa panah mengarah keluar. Ini dapat diringkas dalam tabel switching berikut.

MOSFET type	VGS = +ve	VGS = 0	VGS = -ve
N-Channel Depletion	ON	ON	OFF
N-Channel Enhancement	ON	OFF	OFF
P-Channel Depletion	OFF	ON	ON
P-Channel Enhancement	OFF	OFF	ON

Jadi untuk MOSFETtipe n-channel enhancement, tegangan gerbang (gate) positif mengubah kondisi "ON" transistor dan dengan tegangan gerbang (gate) nol, transistor akan "OFF". Untuk MOSFET tipe p-channel enhancement, tegangan gerbang (gate) negatif akan menyalakan "ON" transistor dan dengan tegangan gerbang (gate) nol, transistor akan "OFF". Titik tegangan di mana MOSFET mulai melewati arus melalui saluran ditentukan oleh tegangan ambang batas VTH perangkat.

Oke, sekian dulu pembahasan tentang Apa itu MOSFET ? dan cara Kerja. Semoga Bermanfaat.

Refrensi:
https://id.wikipedia.org/wiki/MOSFET