Pengertian MOSFET, Jenis Mosfet, Dan Aplikasinya

MOSFET adalah jenis transistor semikonduktor yang digunakan untuk mengontrol aliran listrik pada suatu rangkaian elektronik. Komponen ini terdiri dari lapisan semikonduktor yang diapit oleh dua elektroda, yaitu source (sumber) dan drain (pembuangan), serta sebuah gate (pintu gerbang) yang terletak di atas lapisan semikonduktor. MOSFET merupakan kependekan dari Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, apakah itu? apa bedanya dengan transistor dan untuk apa digunakan? Mari kita bahas disini!

Mengenal MOSFET, Jenis, Cara kerja, Penemu, Dan aplikasinya

Pada MOSFET, arus listrik mengalir dari source ke drain melalui lapisan semikonduktor yang dapat dikendalikan oleh tegangan listrik yang diterapkan pada gate. MOSFET digunakan pada berbagai aplikasi elektronik seperti regulator tegangan, switch, amplifier, dan sebagainya karena memiliki konsumsi daya yang rendah, tegangan threshold yang rendah, dan kecepatan switching yang tinggi.

Baca juga : MOSFET Vs. IGBT, Apa Perbedaannya Dan Mana Yang Lebih Baik?

MOSFET, FET dan JFET

FET (Field-Effect Transistor) adalah jenis transistor yang dapat mengontrol arus listrik dengan menggunakan medan listrik eksternal. Ada dua jenis FET, yaitu JFET (Junction Field-Effect Transistor) dan MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor).

JFET adalah jenis FET yang pertama kali ditemukan dan paling sederhana yang memiliki dua terminal yang disebut sebagai source (sumber) dan drain (pengalir), dan satu terminal kontrol yang disebut sebagai gate (gerbang). JFET terdiri dari lapisan semikonduktor tipe n atau tipe p yang membentuk p-n junction (penampang silikon) di tengahnya.

Jika tegangan negatif diterapkan pada gate, maka akan muncul lapisan depletion (lapisan depletion adalah area pada p-n junction yang tidak memiliki pembawa muatan) di sekitar gate. Lapisan depletion ini akan mengurangi lebar kanal semikonduktor di antara source dan drain, sehingga mengurangi arus pengaliran (drain current) yang mengalir melalui FET. Sebaliknya, jika tegangan positif diterapkan pada gate, maka lapisan depletion akan mengecil, sehingga meningkatkan arus pengaliran.

JFET memiliki beberapa kelebihan, seperti impedansi input yang tinggi, kebisingan yang rendah, dan tegangan breakdown yang tinggi. Namun, JFET juga memiliki beberapa kekurangan, seperti sensitivitas terhadap perubahan suhu, dan arus pintu yang relatif besar.

Sementara itu, MOSFET adalah jenis FET yang lebih kompleks dan memiliki beberapa varian, seperti NMOS dan PMOS. MOSFET mengontrol arus dengan menggunakan medan listrik pada gate yang terisolasi oleh lapisan oksida. MOSFET memiliki impedansi input yang lebih tinggi dan arus pintu yang lebih kecil dibandingkan dengan JFET, sehingga MOSFET lebih efisien dan lebih cocok untuk digunakan pada aplikasi digital.

Secara umum, JFET digunakan pada aplikasi analog, seperti pada preamplifier, mixer, dan filter. Sedangkan MOSFET lebih sering digunakan pada aplikasi digital, seperti pada gerbang logika dan sirkuit pemrosesan sinyal digital.

Jenis MOSFET yang umum di pakai

Berikut adalah beberapa jenis MOSFET yang umum digunakan:

• MOSFET Tipe N-channel: MOSFET tipe N-channel memiliki lapisan semikonduktor antara source dan drain yang terbuat dari bahan negatif (N-type). MOSFET tipe ini banyak digunakan pada aplikasi switching dan amplifikasi.
• MOSFET Tipe P-channel: MOSFET tipe P-channel memiliki lapisan semikonduktor antara source dan drain yang terbuat dari bahan positif (P-type). MOSFET tipe ini juga banyak digunakan pada aplikasi switching dan amplifikasi, namun memiliki karakteristik yang berbeda dengan MOSFET tipe N-channel.
• MOSFET Enhancment Mode: MOSFET Enhancment Mode atau MOSFET mode penyempurnaan adalah MOSFET yang memerlukan tegangan gate yang lebih besar dari nol untuk mengaktifkan aliran arus. MOSFET mode ini umum digunakan dalam aplikasi switching dan amplifikasi.
• MOSFET Depletion Mode: MOSFET Depletion Mode atau MOSFET mode pengurangan adalah MOSFET yang terdapat muatan pembawa dalam lapisan semikonduktor antara source dan drain sebelum tegangan diaplikasikan pada gate. MOSFET mode ini umum digunakan dalam aplikasi amplifier.
• MOSFET Power: MOSFET Power adalah MOSFET yang dirancang untuk menangani daya listrik tinggi. MOSFET Power biasanya digunakan dalam aplikasi power electronics seperti pengendali motor listrik, sirkuit power supply, dan sistem daya lainnya.
• MOSFET Logic Level: MOSFET Logic Level adalah MOSFET yang dirancang untuk dioperasikan dengan tegangan input logika seperti 3,3V atau 5V. MOSFET Logic Level umumnya digunakan dalam aplikasi sistem digital dan sirkuit logika.
• MOSFET Trench: MOSFET Trench adalah MOSFET yang memiliki desain khusus dengan lapisan semikonduktor yang lebih tipis dan lebih padat untuk mengurangi resistansi. MOSFET Trench umumnya digunakan dalam aplikasi daya tinggi seperti power supply switching dan motor pengendali.

Jenis Mosfet menurut aplikasi dan spesifikasi

Berikut ini adalah beberapa jenis MOSFET dan spesifikasi MOSFET menurut aplikasinya:

• MOSFET power: MOSFET power digunakan pada aplikasi yang membutuhkan daya besar, seperti pada rangkaian pembangkit listrik dan rangkaian motor. MOSFET power memiliki resistansi drain-to-source (Rds) yang rendah sehingga mampu menangani arus listrik yang besar dan dapat beroperasi pada tegangan tinggi. MOSFET power juga memiliki frekuensi switching yang tinggi sehingga cocok digunakan pada aplikasi yang memerlukan switching yang cepat.
• MOSFET Logic Level: MOSFET Logic Level digunakan pada rangkaian logika digital atau rangkaian sederhana yang membutuhkan penggunaan tegangan input yang rendah. MOSFET Logic Level memiliki resistansi drain-to-source (Rds) yang rendah pada tegangan gate-source yang rendah sehingga dapat bekerja pada tegangan input yang kecil. MOSFET Logic Level juga memiliki switching yang cepat dan cocok digunakan pada rangkaian dengan kecepatan tinggi.
• MOSFET Trench: MOSFET Trench memiliki struktur fisik yang berbeda dengan MOSFET konvensional. MOSFET Trench menggunakan teknologi pengerjaan yang lebih canggih sehingga memungkinkan MOSFET ini memiliki resistansi drain-to-source (Rds) yang lebih rendah, switching yang lebih cepat, dan memiliki kebocoran arus (leakage) yang lebih kecil dibandingkan MOSFET konvensional. MOSFET Trench cocok digunakan pada aplikasi yang membutuhkan efisiensi dan kecepatan yang tinggi.
• MOSFET Enhancement Mode: MOSFET Enhancement Mode memiliki resistansi drain-to-source (Rds) yang relatif tinggi pada keadaan tanpa tegangan pada gate, sehingga MOSFET ini membutuhkan tegangan gate yang positif untuk memperbaiki karakteristik konduktifnya. MOSFET Enhancement Mode cocok digunakan pada rangkaian yang membutuhkan penggunaan tegangan gate positif, seperti pada rangkaian amplifier audio.
• MOSFET Depletion Mode: MOSFET Depletion Mode memiliki resistansi drain-to-source (Rds) yang relatif rendah pada keadaan tanpa tegangan pada gate, sehingga MOSFET ini tidak memerlukan tegangan gate yang positif untuk memperbaiki karakteristik konduktifnya. MOSFET Depletion Mode cocok digunakan pada rangkaian yang membutuhkan penggunaan tegangan gate negatif, seperti pada rangkaian attenuator audio.

Spesifikasi MOSFET dapat berbeda-beda tergantung pada jenis MOSFET dan aplikasinya. Beberapa spesifikasi yang umum digunakan adalah resistansi drain-to-source (Rds), tegangan drain.

MOSFET dan transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah dua jenis komponen elektronik yang berbeda meskipun keduanya digunakan dalam rangkaian elektronik untuk mengendalikan arus listrik.

Beberapa perangkat elektronik disekitar kita yang menggunakan mosfet

Beberapa contoh perangkat elektronik umum yang menggunakan MOSFET adalah:

• Power Amplifier: MOSFET digunakan pada power amplifier untuk mengendalikan daya keluaran dan meningkatkan efisiensi.
• Sumber Daya DC: MOSFET digunakan pada sumber daya DC (DC power supply) untuk mengendalikan arus keluaran dan mengurangi kerugian daya.
• Inverter: MOSFET digunakan pada inverter untuk mengubah arus DC menjadi arus AC dengan switching frekuensi tinggi.
• Motor Driver: MOSFET digunakan pada motor driver untuk mengendalikan kecepatan dan arah putaran motor listrik.
• Lampu LED: MOSFET digunakan pada lampu LED untuk mengatur intensitas cahaya dengan switching frekuensi tinggi.
• Pemancar Radio Frekuensi: MOSFET digunakan pada pemancar radio frekuensi untuk mengendalikan daya keluaran dan menghasilkan sinyal dengan kualitas yang baik.
• Konverter DC-DC: MOSFET digunakan pada konverter DC-DC untuk mengubah tegangan DC menjadi tegangan DC yang berbeda dengan switching frekuensi tinggi.
• Charger Baterai: MOSFET digunakan pada charger baterai untuk mengendalikan arus pengisian dan mencegah kerusakan pada baterai.

Itu hanya beberapa contoh perangkat elektronik umum yang menggunakan MOSFET, karena MOSFET memiliki karakteristik unik yang memungkinkannya digunakan pada berbagai jenis rangkaian elektronik.

Perbedaan MOSFET dengan transistor BJT

Berikut adalah beberapa perbedaan antara MOSFET dan transistor BJT:

• Struktur Fisik: MOSFET terdiri dari tiga terminal, yaitu gate, drain, dan source. Sementara itu, transistor BJT terdiri dari tiga lapisan semikonduktor, yaitu basis, kolektor, dan emitter.
• Jenis Pengendalian: MOSFET dikendalikan oleh tegangan (voltage-controlled) pada gate. Sedangkan transistor BJT dikendalikan oleh arus (current-controlled) pada basis.
• Resistansi Input: MOSFET memiliki resistansi input (input resistance) yang lebih tinggi daripada transistor BJT. Hal ini disebabkan oleh kapasitansi gate-source MOSFET yang relatif besar, sehingga MOSFET lebih sensitif terhadap perubahan tegangan pada gate.
• Efek Early: Transistor BJT memiliki efek Early, yaitu perubahan pada kolektor arus akibat perubahan pada tegangan kolektor-basis. MOSFET tidak memiliki efek ini karena tegangan drain-source dapat dipertahankan pada tingkat konstan selama MOSFET dalam kondisi aktif.
• Kecepatan Switching: MOSFET lebih cepat dalam melakukan switching daripada transistor BJT. Hal ini disebabkan oleh waktu respon gate-source MOSFET yang relatif cepat dibandingkan waktu respon basis-kolektor transistor BJT.
• Pemakaian Daya: MOSFET lebih efisien dalam pemakaian daya daripada transistor BJT. Hal ini disebabkan oleh resistansi drain-source MOSFET yang rendah, sehingga MOSFET menghasilkan sedikit panas dalam operasinya.
• Biaya: Transistor BJT lebih murah daripada MOSFET. Meskipun transistor BJT memiliki kekurangan dalam efisiensi dan kecepatan, namun transistor BJT masih digunakan pada beberapa aplikasi yang tidak memerlukan switching cepat dan efisiensi tinggi.

Meskipun MOSFET dan transistor BJT memiliki perbedaan yang signifikan, keduanya memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing tergantung pada aplikasi yang digunakan.

Cara Kerja Mosfet

Cara kerja MOSFET dapat dijelaskan sebagai berikut:

MOSFET terdiri dari tiga terminal yaitu source (sumber), drain (pembuangan), dan gate (pintu gerbang). Ketiga terminal ini terpisah oleh lapisan semikonduktor.

Pada MOSFET tipe N-channel, lapisan semikonduktor antara source dan drain terdiri dari bahan negatif (N-type). Sedangkan pada MOSFET tipe P-channel, lapisan semikonduktor antara source dan drain terdiri dari bahan positif (P-type).

• Ketika tegangan listrik diterapkan pada gate, medan listrik terbentuk di dalam lapisan semikonduktor di antara source dan drain.
• Medan listrik tersebut mengubah sifat semikonduktor sehingga memungkinkan aliran arus listrik dari source ke drain.
• Ketika medan listrik pada gate dihilangkan, lapisan semikonduktor kembali ke sifat semula dan menghentikan aliran arus listrik.

MOSFET dapat bekerja sebagai saklar (switching) atau sebagai pengatur arus (amplifier) tergantung pada bagaimana tegangan listrik diterapkan pada gate.

Penemu MOSFET dan perkembangannya

MOSFET pertama kali ditemukan oleh Julius Edgar Lilienfeld pada tahun 1925, tetapi yang lebih praktis dikembangkan oleh Dawon Kahng dan Martin Atalla di Bell Labs pada tahun 1959. Hasil pengembangan ini yang Atalla menjadi dasar pada pembuatan sirkuit terpadu(IC) pada berbagai perangkat elektronik modern; seperti komputer dan smartphone.

MOSFET juga banyak digunakan pada berbagai aplikasi, termasuk sebagai komponen penting dalam rangkaian power electronics dan sirkuit switching.

Meskipun Lilienfeld yang mempatenkan ide MOSFET, tetapi ia tidak dapat mengembangkan ide tersebut menjadi sebuah perangkat praktis karena keterbatasan teknologi pada saat itu.

Barulah pada tahun 1959 kemudian MOSFET yang praktis dikembangkan oleh sekelompok peneliti di Bell Labs, yang dipimpin oleh Dawon Kahng dan Martin Atalla. Mereka mengembangkan MOSFET tipe N-channel dan berhasil memperbaiki beberapa masalah yang ditemukan pada perangkat Lilienfeld, seperti menemukan cara untuk membuat lapisan semikonduktor yang sangat tipis dan terkontrol dengan baik, komponen ini dapat digunakan sebagai komponen praktis dalam rangkaian elektronik.

Atalla(bukan Atta Hlilintar) kemudian menjadi salah satu tokoh penting dalam pengembangan MOSFET, dan teknologi semikonduktor modern. Ia juga dikenal sebagai salah satu penemu teknologi CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), yang sekarang menjadi teknologi dasar pada pembuatan sirkuit terpadu (integrated circuit) pada berbagai perangkat elektronik, termasuk komputer dan smartphone.

Kesimpulan

Dalam penggunaannya, MOSFET biasanya digunakan dalam bentuk transistor penguat (amplifier) atau sebagai saklar (switching) untuk mengontrol aliran listrik pada rangkaian elektronik. MOSFET juga sering digunakan dalam sirkuit pemrosesan sinyal, pengendali motor DC, power supply switching, dan berbagai aplikasi elektronik lainnya.

Berdasarkan jawaban di atas, dapat disimpulkan bahwa MOSFET adalah singkatan dari Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, yaitu jenis transistor yang sangat umum digunakan dalam rangkaian elektronik modern. MOSFET memiliki beberapa jenis, di antaranya MOSFET tipe N-channel, MOSFET tipe P-channel, MOSFET Enhancment Mode, MOSFET Depletion Mode, MOSFET Power, MOSFET Logic Level, dan MOSFET Trench.