Mosfet metal oxide semiconductor fet – MOSFET, singkatan dari Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, adalah komponen semikonduktor yang memainkan peran penting dalam berbagai perangkat elektronik modern, mulai dari komputer hingga smartphone. Perangkat ini bekerja berdasarkan prinsip pengendalian aliran arus melalui saluran semikonduktor dengan menggunakan medan listrik yang dihasilkan oleh tegangan yang diterapkan pada gerbang.
Inovasi MOSFET pada tahun 1959 oleh Mohamed Atalla dan Dawon Kahng di Bell Labs menandai tonggak sejarah dalam evolusi elektronik, mengantarkan era baru transistor yang lebih efisien, cepat, dan mudah diintegrasikan dalam skala besar.
Prinsip kerja MOSFET didasarkan pada pembentukan saluran konduktif di antara sumber dan drain, yang dikendalikan oleh tegangan gerbang. Jika tegangan gerbang positif diterapkan pada MOSFET tipe-n, medan listrik terbentuk, menarik elektron ke saluran, menciptakan jalur konduktif. Sebaliknya, jika tegangan gerbang negatif diterapkan pada MOSFET tipe-p, lubang tertarik ke saluran, membentuk jalur konduktif.
Keunikan MOSFET terletak pada kemampuannya untuk mengendalikan aliran arus dengan tegangan yang relatif rendah, membuatnya ideal untuk aplikasi switching dan amplifikasi.
Pengenalan MOSFET
MOSFET, singkatan dari Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, merupakan komponen elektronik semikonduktor yang memainkan peran penting dalam berbagai aplikasi elektronik modern. MOSFET adalah jenis transistor efek medan yang mengontrol aliran arus melalui saluran semikonduktor dengan menggunakan medan listrik yang diterapkan pada gerbang (gate).
Komponen ini telah merevolusi industri elektronik, menggantikan transistor bipolar junction (BJT) dalam banyak aplikasi karena keunggulannya dalam hal ukuran, konsumsi daya, dan kemampuan switching.
Sejarah Singkat MOSFET
Ide dasar MOSFET pertama kali dikemukakan oleh Julius Edgar Lilienfeld pada tahun 1925. Namun, konsep tersebut tidak dapat diwujudkan secara praktis hingga tahun 1959 ketika Mohamed M. Atalla dan Dawon Kahng di Bell Laboratories berhasil membuat perangkat MOSFET pertama yang fungsional.
Perangkat ini menggunakan silikon sebagai bahan semikonduktor dan lapisan oksida silikon sebagai isolator antara gerbang dan saluran. Penemuan ini membuka jalan bagi pengembangan perangkat elektronik yang lebih kecil, lebih efisien, dan lebih andal.
Prinsip Kerja MOSFET
MOSFET terdiri dari saluran semikonduktor, sumber (source), drain, dan gerbang. Saluran terbuat dari bahan semikonduktor tipe-n atau tipe-p, tergantung pada jenis MOSFET. Sumber dan drain adalah dua terminal yang menghubungkan arus ke saluran, sementara gerbang adalah elektroda yang mengontrol aliran arus melalui saluran.
Antara gerbang dan saluran terdapat lapisan isolator, biasanya oksida silikon, yang mencegah aliran arus langsung antara keduanya.
Ketika tegangan diterapkan pada gerbang, medan listrik terbentuk di dalam lapisan isolator. Medan listrik ini menarik pembawa muatan mayoritas dari saluran ke arah gerbang, membentuk saluran konduktif. Jika tegangan gerbang cukup tinggi, saluran konduktif akan terbentuk, memungkinkan arus mengalir dari sumber ke drain.
Dengan mengubah tegangan gerbang, kita dapat mengontrol resistansi saluran dan dengan demikian aliran arus melalui MOSFET.
Berikut adalah ilustrasi sederhana tentang prinsip kerja MOSFET:
Ilustrasi:Bayangkan MOSFET sebagai keran air. Gerbang bertindak sebagai pegangan keran, saluran sebagai pipa air, sumber sebagai sumber air, dan drain sebagai tempat keluarnya air. Ketika pegangan keran diputar (tegangan gerbang diterapkan), air (arus) mulai mengalir melalui pipa (saluran). Semakin jauh pegangan diputar (semakin tinggi tegangan gerbang), semakin banyak air (arus) yang mengalir.
Dengan memutar pegangan (mengubah tegangan gerbang), kita dapat mengontrol aliran air (arus) melalui pipa (saluran).
Perbandingan MOSFET dan BJT
MOSFET dan BJT adalah dua jenis transistor yang umum digunakan dalam elektronik. Meskipun keduanya berfungsi sebagai sakelar elektronik, mereka memiliki perbedaan penting dalam struktur, prinsip kerja, dan aplikasi.
Struktur
MOSFET memiliki struktur yang lebih sederhana dibandingkan dengan BJT. MOSFET tidak memiliki sambungan p-n seperti BJT, tetapi menggunakan lapisan isolator antara gerbang dan saluran. Hal ini membuat MOSFET lebih mudah diproduksi dan lebih tahan terhadap kebocoran arus.
Prinsip Kerja
MOSFET dikendalikan oleh medan listrik, sedangkan BJT dikendalikan oleh arus. Dalam MOSFET, tegangan gerbang mengontrol aliran arus melalui saluran, sedangkan dalam BJT, arus basis mengontrol aliran arus kolektor.
Aplikasi
MOSFET memiliki beberapa keunggulan dibandingkan BJT, seperti konsumsi daya yang lebih rendah, kemampuan switching yang lebih cepat, dan kemampuan untuk menangani tegangan yang lebih tinggi. Hal ini membuat MOSFET menjadi pilihan yang lebih baik untuk berbagai aplikasi, termasuk sirkuit digital, penguat, dan sakelar daya.
Tabel Perbandingan Karakteristik MOSFET dan BJT
| Karakteristik | MOSFET | BJT |
|---|---|---|
| Struktur | Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor | Bipolar Junction Transistor |
| Prinsip Kerja | Dikendalikan oleh medan listrik | Dikendalikan oleh arus |
| Kecepatan Switching | Lebih cepat | Lebih lambat |
| Konsumsi Daya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
| Kemampuan Tegangan | Lebih tinggi | Lebih rendah |
| Ketahanan terhadap Kebocoran | Lebih tinggi | Lebih rendah |
| Aplikasi | Sirkuit digital, penguat, sakelar daya | Sirkuit analog, penguat, sakelar daya (beberapa aplikasi) |
Struktur MOSFET
MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) merupakan salah satu jenis transistor yang sangat penting dalam elektronika modern. Struktur MOSFET terdiri dari beberapa komponen utama yang saling berhubungan, yaitu gerbang (gate), saluran (channel), sumber (source), dan drain (drain). Pemahaman tentang struktur MOSFET sangat penting untuk memahami bagaimana perangkat ini bekerja dan bagaimana berbagai jenis MOSFET dirancang untuk aplikasi yang berbeda.
Struktur MOSFET
Struktur MOSFET terdiri dari empat komponen utama:
- Gerbang (Gate):Gerbang adalah elektroda yang mengontrol aliran arus antara sumber dan drain. Gerbang terbuat dari logam atau poli silikon dan dipisahkan dari saluran oleh lapisan oksida tipis.
- Saluran (Channel):Saluran adalah wilayah semikonduktor yang terletak di antara sumber dan drain. Saluran ini dapat dibentuk di dalam substrat semikonduktor atau di atas lapisan isolasi.
- Sumber (Source):Sumber adalah elektroda yang menyediakan elektron atau lubang untuk saluran.
- Drain (Drain):Drain adalah elektroda yang mengumpulkan elektron atau lubang dari saluran.
Material Semikonduktor
MOSFET menggunakan berbagai jenis material semikonduktor, tergantung pada jenis dan aplikasi perangkat. Material semikonduktor yang paling umum digunakan dalam MOSFET adalah silikon (Si). Namun, material semikonduktor lain seperti germanium (Ge) dan gallium arsenide (GaAs) juga dapat digunakan untuk aplikasi khusus.
Berikut adalah beberapa contoh bagaimana material semikonduktor digunakan dalam MOSFET:
- Substrat:Substrat MOSFET biasanya terbuat dari silikon (Si) dengan tipe p atau tipe n.
- Saluran:Saluran dapat dibentuk dari material yang sama dengan substrat (misalnya, Si tipe n untuk MOSFET tipe n) atau dari material yang berbeda (misalnya, Si tipe p untuk MOSFET tipe p).
- Gerbang:Gerbang biasanya terbuat dari poli silikon atau logam seperti aluminium.
Proses Fabrikasi MOSFET
Proses fabrikasi MOSFET melibatkan beberapa langkah yang kompleks, termasuk litografi, doping, dan pelapisan. Proses ini dilakukan dalam lingkungan yang sangat terkontrol untuk memastikan bahwa perangkat MOSFET yang dihasilkan memiliki kinerja yang baik dan dapat diandalkan.
- Litografi:Litografi adalah proses yang digunakan untuk menciptakan pola pada wafer silikon. Proses ini melibatkan penggunaan cahaya ultraviolet untuk memaparkan fotoresist, yang merupakan bahan sensitif cahaya yang kemudian dapat dihilangkan dengan menggunakan pelarut.
- Doping:Doping adalah proses yang digunakan untuk mengubah konduktivitas semikonduktor. Proses ini melibatkan penambahan atom pengotor ke dalam semikonduktor untuk menciptakan wilayah dengan konsentrasi elektron atau lubang yang lebih tinggi.
- Pelapisan:Pelapisan adalah proses yang digunakan untuk membentuk lapisan tipis material pada wafer silikon. Proses ini dapat dilakukan dengan berbagai metode, seperti sputtering, deposisi uap kimia, atau epitaksi.
Ilustrasi Struktur MOSFET
Gambar ilustrasi struktur MOSFET menunjukkan bagaimana berbagai komponen perangkat saling berhubungan. Gambar ini dapat membantu memahami bagaimana gerbang mengontrol aliran arus antara sumber dan drain. Gambar tersebut juga menunjukkan bagaimana lapisan oksida yang tipis memisahkan gerbang dari saluran, yang penting untuk operasi MOSFET.
Berikut adalah deskripsi ilustrasi struktur MOSFET:
- Gambar:Gambar tersebut menunjukkan potongan melintang dari MOSFET.
- Substrat:Substrat MOSFET adalah material semikonduktor yang mendasari.
- Saluran:Saluran adalah wilayah semikonduktor yang terletak di antara sumber dan drain.
- Sumber dan Drain:Sumber dan drain adalah elektroda yang menyediakan dan mengumpulkan elektron atau lubang.
- Gerbang:Gerbang adalah elektroda yang mengontrol aliran arus antara sumber dan drain.
- Oksida Gerbang:Oksida gerbang adalah lapisan tipis isolasi yang memisahkan gerbang dari saluran.
Jenis-jenis MOSFET
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) merupakan komponen semikonduktor yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik. Berdasarkan mode operasinya, MOSFET dibagi menjadi dua jenis utama: enhancement mode dan depletion mode. Selain itu, berdasarkan jenis salurannya, MOSFET dibagi menjadi dua jenis: n-channel dan p-channel.
Kombinasi dari kedua klasifikasi ini menghasilkan empat jenis MOSFET yang umum digunakan: enhancement mode n-channel MOSFET, depletion mode n-channel MOSFET, enhancement mode p-channel MOSFET, dan depletion mode p-channel MOSFET. Setiap jenis MOSFET memiliki karakteristik dan aplikasi yang berbeda, yang akan dibahas lebih lanjut dalam bagian ini.
