Что такое MOSFET? 

MOSFET, полное название — металл-оксид-полупроводниковый полевой транзистор (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), представляет собой полупроводниковое устройство, которое использует напряжение на затворе для управления током между истоком и стоком.

1. Основная структура и принцип работы

Основная структура MOSFET включает четыре вывода: затвор (Gate), исток (Source), сток (Drain) и подложку (Body).

Его принцип работы можно образно понять как "умный выключатель" или "кран":

Управление напряжением: MOSFET — это устройство с управлением по напряжению. Оно не требует "жесткого наведения" тока, а создает электрическое поле за счет напряжения, приложенного к затвору, чтобы дистанционно управлять включением/выключением и величиной тока между истоком и стоком.
Проводимость и отсечка: когда на затворе нет напряжения, между истоком и стоком нет проводящего пути, устройство находится в "отключенном состоянии"; когда на затвор подается подходящее напряжение (превышающее пороговое напряжение), на поверхности полупроводника индуцируется слой "проводящего канала", что позволяет току свободно протекать, и устройство переходит в "включенное состояние".
Точная регулировка: изменяя величину напряжения на затворе, можно контролировать "ширины" проводящего канала, тем самым точно регулируя силу тока, как при включении воды краном.
2. Основные типы

MOSFET классифицируются главным образом по типу проводящего канала и режиму работы:

По типу канала: подразделяются на N-канальные (NMOS) и P-канальные (PMOS). NMOS использует электроны в качестве носителей заряда и наиболее широко применяется; PMOS, как правило, используется в сочетании с NMOS для создания CMOS-схем.
По режиму работы: различают усилительный и истощаемый. Усилительный MOSFET по умолчанию не проводит ток и требует приложения напряжения для образования канала, что является основным типом в современных применениях; истощаемый же по умолчанию проводит ток и требует приложения обратного напряжения для закрытия канала.
3. Основные преимущества

По сравнению с традиционными биполярными транзисторами (BJT), MOSFET обладает рядом значительных преимуществ:

Высокое входное сопротивление: затвор изолирован слоем изоляции, входное сопротивление очень высокое, мощность управления минимальна.
Высокая скорость переключения: переключение между состояниями включения и выключения может быть выполнено за очень короткое время (в наносекундах или даже пикосекундах), что делает его пригодным для высокочастотных схем.
Низкое энергопотребление: в отключенном состоянии почти не течет ток, статическое энергопотребление очень низкое.
Легко интегрируется: технология изготовления высоко совместима с интегральными схемами и является базовым элементом современных сверхбольших интегральных схем (таких как процессоры, память).
4. Широкое применение

MOSFET присутствует почти во всех электронных устройствах, где требуется управление током:

Потребительская электроника: в быстрых зарядных устройствах для телефонов MOSFET переключается десятки тысяч раз в секунду, эффективно преобразуя ток, что делает зарядное устройство компактным с эффективностью зарядки более 90%.
Цифровые интегральные схемы: CMOS-схемы, состоящие из NMOS и PMOS, являются основными логическими элементами почти всех современных цифровых чипов (таких как процессоры телефонов, CPU компьютеров, GPU).
Новые энергетические автомобили: в качестве "управляющего акселератором" в системе электропривода и электронного управления, точно регулируют большие токи, обеспечивая плавное ускорение электромобилей и реализацию рекуперации энергии.
Промышленность и силовая электроника: широко применяются в импульсных источниках питания, инверторах, приводах двигателей, фотоэлектрических системах, а также в различных усилителях мощности и радиочастотных схемах.