Depletion-metal-oxide semiconductor FET (D-MOSFET)

Depletion-metal-oxide semiconductor FET (D-MOSFET) terdiri atas kanal-N dan kanal-P. D-MOSFET merupakan MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) tipe pengosongan dan masih keluarga dari FET (field-effect transistor).

Konstruksi dasar dari D-MOSFET kanal-N dapat dilihat pada gambar berikut :

Konstruksi D-MOSFET kanal-N

D-MOSFET kanal-N dibuat di atas bahan dasar silikon tipe P yang biasanya disebut dengan substrat. Pada kebanyakan komponen diskret, substrat ini dihubungkan ke terminal yang disebut SS (substrat) sebagai terminal keempat. Terminal drain (D) dihubungkan ke bahan tipe N melalui kontak metal demikian juga dengan terminal source (S). Antara bahan-N drain dan bahan-N source dihubungkan kanal yang terbuat juga dari bahan-N. Terminal gate dihubungkan ke sisi kanal-N melalui kontak metal. Tetapi yang paling penting disini adalah bahwa antara kontak metal gate dengan kanal-N ada lapisan oksida silikon (SiO2) yang berfungsi sebagai isolasi (dielektrikum).

Simbol D-MOSFET kanal-N dan kanal-P adalah seperti ditunjukkan berturut-turut pada gambar dibawah. Bila terminal SS tidak terhubung di dalam, maka D-MOSFET menjadi komponen empat terminal. Berbeda dengan simbol JFET yang tanda panahnya pada gate, untuk gate D-MOSFET tidak ada panahnya karena gate dengan kanal bukanlah P-N junction.

Simbol D-MOSFET

Secara kelistrikan antara terminal gate dengan kanal-N tidak ada hubungan. Hal ini membuat impedansi dari D-MOSFET sangat tinggi, lebih tinggi dari impedansi input JFET. Dengan demikian dalam pembiasan dc, arus gate IG dianggap sama dengan nol (IG = 0). Istilah MOSFET (metal-oxide semiconductor FET) ini timbul karena dalam konstruksinya terdapat metal dan oksida silikon. Dalam literatur lama MOSFET ini disebut dengan IGFET (insulated-gate FET) karena memang terminal gatenya terisolasi dengan kanal-N. Penjelasan cara kerja dan karakteristik D-MOSFET kanal-N dimulai dengan memberikan VGS = 0 dan VDS positip seperti pada gambar dibawah. Pemberian VGS = 0 dilakukan dengan cara menghubungkan terminal G dengan S. Biasanya terminal SS dihubungkan ke terminal S. Tegangan positip VDS akan menarik elektron bebas pada kanal-N dari source menuju drain, sehingga mengalir arus ID. Hal ini sama seperti pada JFET. Bila VDS diperbesar hingga mencapai Vp, maka arus ID akan jenuh (tidak naik lagi) yang disebut dengan IDSS.

Apabila VGS dibuat negatip, maka muatan negatip pada terminal gate akan menolak elektron bebas pada kanal-N menjauhi daerah kanal-N dan menuju daerah substrat-P. Hal ini akan mengosongkan kanal-N dari elektron bebas, sehingga arus ID semakin kecil. Apabila tegangan negatip VGS dinaikkan terus hingga kanal-N kosong dari semua elektron bebas, maka arus ID sudah tidak bisa dinaikkan lagi meskipun dengan memperbesar VDS.

D-MOSFET kanal-N dengan VGS = 0 dan VDS positip

D-MOSFET dengan tegangan VGS nol hingga VGS negatip ini disebut dengan mode pengosongan. Hal ini karena dengan tegangan VGS ini kanal-N dikosongkan dari elektron bebas, atau dengan kata lain pada kanal-N timbul daerah pengosongan. Seperti halnya pada JFET, saat VGS negatip tertentu, arus ID tidak bisa mengalir lagi (mati) meskipun VDS diperbesar. VGS yang menyebabkan ID nol ini disebut dengan VGS(off).

Selain dengan tegangan VGS negatip, D-MOSFET bisa juga bekerja dengan tegangan VGS positip. Berbeda dengan JFET yang hanya bisa bekerja dengan VGS negatip saja. Bila VGS pada D-MOSFET dibuat positip, maka muatan positip pada terminal gate ini akan menarik elektron bebas dari substrat ke daerah kanal-N, sehingga elektron bebasnya lebih banyak. Dengan demikian arus ID mengalir lebih besar dibanding saat VGS = 0.

Karakteristik D-MOSFET

Semakin diperbesar harga VGS ke arah positip, semakin banyak jumlah pembawa muatan elektron bebas pada kanal N, sehingga semakin besar arus ID. D-MOSFET yang bekerja dengan VGS positip ini disebut dengan mode peningkatan, karena jumlah pembawa muatan elektron bebas pada daerah kanal-N ditingkatkan dibanding saat VGS = 0. Pada saat memperbesar VGS positip ini perlu diperhatikan kemampuan arus ID maksimum agar tidak terlampaui. Besarnya arus maksimum dari setiap D-MOSFET dapat dilihat pada buku data.

Kurva karakteristik output dan kurva transfer D-MOSFET kanal-N dapat dilihat pada gambar berikut.

Kurva Karakteristik D-MOSFET

Terlihat bahwa D-MOSFET ini dapat bekerja baik pada mode pengosongan (saat VGS negatip) maupun pada mode peningkatan (VGS positip). Oleh karena itu DMOSFET ini sering juga disebut dengan DE-MOSFET (depletion-enhancement MOSFET). Persamaan Shockley (persamaan dibawah) juga masih berlaku pada D-MOSFET ini baik pada mode pengosongan maupun pada mode peningkatan.

Konstruksi dan prinsip kerja D-MOSFET kanal-P adalah kebalikan dari D-MOSFET kanal-N yang sudah dijelaskan di depan. Demikian juga polaritas tegangan VGS, VDS, dan arus ID juga berlawanan dengan yang ada pada D-MOSFET kanal-N.