· EEM214

EEM214 Elektronik I: Ders 6 – FET ve MOSFET Transistörler

EEM214 – Elektronik I · 06.05.2013 · 16.10.2026

Bu yazı, Başkent Üniversitesi EEM214 Elektronik I dersinin Lecture 6 (FET) sunumunun içeriğidir. Sunumu dersin öğretim elemanı Yrd. Doç. Dr. Derya Yılmaz hazırlamış; son düzenleme tarihi Mayıs 2013. Sunum büyük ölçüde ek ders kitabı olan Boylestad & Nashelsky'nin Electronic Devices and Circuit Theory kitabından taranmış şekillerden (Fig. 6.27–6.38) oluşuyor; metin yalnızca birkaç slaytta var. Bu yüzden şekiller sayfa görselleriyle verildi, içerdikleri bilgiler ve formüller metin olarak yazıldı. Sunumun orijinal dosyası yazının sonunda indirilebilir.

JFET karakteristikleri

İlk slayt, n kanallı bir JFET'in transfer karakteristiğini (I_D – V_GS) savak karakteristiklerinden (I_D – V_DS) nasıl elde edildiğini gösteriyor. Örnekte I_DSS = 8 mA ve V_P = −4 V: V_GS = 0 V'ta I_D = I_DSS, V_GS = V_P'de I_D = 0 mA.

JFET savak karakteristiklerinden transfer eğrisinin elde edilmesi: I_DSS = 8 mA, V_P = −4 V — JFET transfer ve savak karakteristikleri

JFET ve BJT karşılaştırması

JFET		BJT
I_D = I_DSS·(1 − V_GS/V_P)²	⇔	I_C = β·I_B
I_D = I_S	⇔	I_C ≅ I_E
I_G ≅ 0 A	⇔	V_BE ≅ 0.7 V

JFET ve BJT'nin uç akımları ve kontrol bağıntılarının karşılaştırması — JFET (a) ve BJT (b)

Depletion MOSFET (Insulated-Gate FET, IGFET)

n kanallı azaltıcı tip MOSFET'te p tipi alttaş (substrate, SS) üzerinde iki n katkılı bölge (savak D ve kaynak S) arasında katkılanmış bir n kanalı bulunur; kapı (G), SiO₂ yalıtkan katmanla kanaldan ayrılmıştır.

n kanallı azaltıcı tip MOSFET'in yapısı: SiO₂, n kanalı, p alttaş ve metal kontaklar (Fig. 6.27) — n-Channel depletion-type MOSFET

V_GS = 0 V'ta savağa V_DD uygulandığında kanaldan I_D = I_S = I_DSS akımı akar.

V_GS = 0 V ve V_DD uygulanmış azaltıcı tip MOSFET'te elektron akışı (Fig. 6.28) — n-Channel depletion-type MOSFET with V_GS = 0 V and applied voltage V_DD

Azaltıcı tip MOSFET hem azaltma (V_GS < 0) hem çoğaltma (V_GS > 0) modunda çalışabilir. Örnekte I_DSS = 8 mA, V_P = −6 V; V_GS = +1 V'ta I_D = 10.9 mA, V_GS = V_P/2 = −3 V'ta I_D = I_DSS/4 = 2 mA.

n kanallı azaltıcı tip MOSFET'in savak ve transfer karakteristikleri (Fig. 6.29) — Drain and transfer characteristics for an n-channel depletion-type MOSFET

p kanallı azaltıcı tip MOSFET'te alttaş n tipidir; örnek karakteristikte I_DSS = 6 mA ve V_P = +6 V, akım V_GS arttıkça azalıyor.

p kanallı azaltıcı tip MOSFET'in yapısı, transfer ve savak karakteristikleri — p kanallı azaltıcı tip MOSFET

n ve p kanallı azaltıcı tip MOSFET sembolleri, alttaş ucu ayrı ve kaynağa bağlı — Depletion-type MOSFET sembolleri

Enhancement MOSFET (Insulated-Gate FET, IGFET)

Çoğaltıcı tip MOSFET'te savak ve kaynak bölgeleri arasında katkılanmış bir kanal yoktur ("no-channel"); kanal, kapıya eşik geriliminin (V_T) üzerinde pozitif gerilim uygulanınca oluşur.

n kanallı çoğaltıcı tip MOSFET'in yapısı: kanalsız p tipi alttaş, n katkılı savak ve kaynak (Fig. 6.35) — n-Channel enhancement-type MOSFET

Sabit bir V_GS için V_DS arttıkça savak tarafında boşaltılmış bölge genişler ve kanal daralarak kısılmaya (pinch-off) başlar.

V_DS arttıkça kanalın ve boşaltılmış bölgenin değişimi, kısılmanın başlangıcı (Fig. 6.37) — Change in channel and depletion region with increasing V_DS for a fixed V_GS

Doyma noktalarının yeri: V_DSsat = V_GS − V_T. Örnek karakteristikte V_T = 2 V ve k = 0.278×10⁻³ A/V²; V_GS = +8 V'ta I_D ≈ 10 mA.

V_T = 2 V ve k = 0.278×10⁻³ A/V² olan n kanallı çoğaltıcı tip MOSFET'in savak karakteristikleri (Fig. 6.38) — Drain characteristics of an n-channel enhancement-type MOSFET

n ve p kanallı çoğaltıcı tip MOSFET sembolleri — Enhancement-type MOSFET sembolleri

CMOS transistörler (Complementary MOS)

N ve P kanallı MOSFET transistörlerin bir arada kullanılması ile oluşturulur. Düşük güç harcamasına sahiptir. Sayısal devre tasarımlarında sıkça kullanılırlar.

Aynı n tipi alttaş üzerinde p kanallı ve n kanallı MOSFET'ten oluşan CMOS yapısı — CMOS yapısı

CMOS inverter

V_SS = 5 V ile beslenen evirici: girişe 5 V (1 durumu) uygulandığında n kanallı Q₁ iletimde (R₁ düşük), p kanallı Q₂ kesimde (R₂ yüksek) olur ve çıkış V_o = R₁·V_SS/(R₁ + R₂) ≅ 0 V (0 durumu) olur.

CMOS evirici devresi ve giriş 5 V iken eşdeğer direnç modeli — CMOS inverter

VMOS transistörler (Vertical Metal Oxide Silicon FET)

MOSFET'lere göre kanal dirençleri küçüktür ve yüksek akım ve güç oranına sahiptirler.
Pozitif sıcaklık katsayısına sahiptirler.
Anahtarlama zamanları oldukça kısadır.

V oluklu kapı yapısıyla dikey kanallı VMOS transistörün kesiti — VMOS transistör yapısı

MESFET transistörler (Metal Semiconductor Field Effect Transistors)

MOSFET'lere göre kanal dirençleri küçüktür ve yüksek akım ve güç oranına sahiptirler.
Pozitif sıcaklık katsayısına sahiptirler.
Anahtarlama zamanları oldukça kısadır.

Not: MESFET slaytındaki maddeler VMOS slaytındakilerle birebir aynı; büyük olasılıkla kopyalanıp düzeltilmeden bırakılmış. MESFET'in ayırt edici özelliği, kapının yalıtkan yerine doğrudan yarıiletkenle Schottky eklemi oluşturan bir metalden (şekilde tungsten) yapılması ve GaAs alttaş sayesinde yüksek frekanslarda kullanılmasıdır.

GaAs alttaş üzerinde tungsten kapılı MESFET yapısı — MESFET yapısı