Qu'est-ce qu'un transistor NMOS ?
Un transistor NMOS est un type de transistor à effet de champ (FET) qui fonctionne en utilisant une polarité négative.
Structure NMOS
Il est composé de trois régions : la source, le drain et la grille. La source est l'endroit où le courant entre, le drain est l'endroit où il sort et la grille contrôle le flux de courant. Lorsqu'une tension est appliquée à la grille, elle crée un champ électrique qui influence le comportement des électrons dans le canal entre la source et le drain. Cela peut soit augmenter, soit réduire le flux de courant à travers le transistor.
Comment fonctionne NMOS ?
Le NMOS fonctionne en contrôlant le flux de courant à travers un canal conducteur entre les bornes source et drain en appliquant un champ électrique à une électrode de grille, qui est séparée du canal par une fine couche isolante.
Lorsque la tension grille-source (vGS) est nulle, et même si la tension drain-source (vDS) est appliquée, les jonctions PN entre la source et le drain d'un transistor NMOS sont polarisées en inverse, et la zone d'appauvrissement entre elles devient trop large pour supporter le flux de courant. Par conséquent, le courant entre le drain et la source (iD) est négligeable.
Cependant, lorsque vGS est positif, un champ électrique est généré dans la couche isolante de SiO2 entre la grille et le substrat. Ce champ attire les électrons et repousse les trous du substrat près de la grille, créant ainsi une zone d'appauvrissement. Lorsque l'amplitude de vGS augmente, davantage d'électrons sont attirés vers la surface du substrat, formant un canal de type N qui relie les bornes de source et de drain. Le canal est alors capable de supporter le flux de courant entre les bornes de source et de drain.
La tension à laquelle le canal commence à se former est appelée tension de seuil (VT). Un transistor NMOS est considéré comme un transistor à enrichissement, car il nécessite une valeur vGS supérieure à VT pour créer un canal conducteur.
La tension drain-source (vDS) affecte le courant circulant dans le canal. Lorsque vDS augmente, l'épaisseur du canal près du drain diminue et le courant augmente. Cependant, lorsque vDS atteint une valeur égale à vGS moins VT, le canal se rétrécit au point où le courant n'augmente plus et le transistor entre en mode saturation.
En résumé, un transistor NMOS fonctionne en créant un canal conducteur entre les bornes source et drain lorsqu'une tension positive est appliquée à la grille, permettant au courant de circuler entre les bornes source et drain. Le courant est contrôlé par la tension appliquée aux bornes grille et drain.
NMOS vs PMOS
NMOS et PMOS sont tous deux des semi-conducteurs à oxyde métallique, mais il existe quelques différences entre eux :
| NMOS | PMOS | |
|---|---|---|
| VGS de mise en conduction (mode à enrichissement) | Grille positive par rapport à la source | Grille négative par rapport à la source |
| Type de canal | Canal n | Canal p |
| Porteurs du canal | Électrons | Trous |
| VGS(th) (mode à enrichissement) | Positive ; spécifiée à un faible courant d’essai | Négative ; spécifiée à un faible courant d’essai |
| Vitesse de commutation | Selon charge de grille, pilote et charge électrique | Selon charge de grille, pilote et charge électrique |
| Coût | Comparer le composant choisi et le pilote nécessaire | Comparer le composant choisi et le pilote nécessaire |
| Pertes de puissance | Selon RDS(on), courant et conditions de commutation | Selon RDS(on), courant et conditions de commutation |
| Exemples d’emploi | Commutation côté masse, étages de puissance et circuits logiques/analogiques | Commutation de charge côté alimentation et circuits logiques/analogiques complémentaires |
Application du NMOS
Les transistors NMOS sont couramment utilisés dans les circuits numériques comme commutateurs ou amplificateurs. On les trouve également dans les microprocesseurs, les puces mémoire et d'autres appareils électroniques.
Choisir et vérifier un interrupteur NMOS
Choisir ensemble transistor et pilote selon alimentation, courant de charge, fréquence de commutation et limites thermiques.
Commande de grille, trajet du courant et température
| Zone | Points à vérifier | Pourquoi |
|---|---|---|
| Commande de grille | Vérifier RDS(on) à la VGS disponible, la charge de grille et le courant du pilote | VGS(th) indique un seuil à faible courant, pas une faible résistance garantie |
| Trajet du courant | Vérifier référence de source, sens de la diode intrinsèque, courant de charge et limitation des transitoires | La diode intrinsèque peut conduire lorsque la grille est désactivée |
| Conception thermique | Estimer les pertes de conduction et de commutation ; vérifier SOA, température de jonction et dissipation | Le courant admissible dépend des conditions de fonctionnement et du refroidissement |
