Tranzistorul cu efect de camp cu poarta izolata (MOSFET)

Tranzistorul cu efect de camp cu poarta izolata (MOSFET)

Definitie

Tranzistorul cu efect de camp cu poarta izolata (IGFET), cunoscut si sub numele de "tranzistor cu efect de camp cu metal oxid" (MOSFET), este un dispozitiv derivat al tranzistorului cu efect de camp (FET). In prezent, majoritatea tranzistorilor folositi in circuitele integrate sunt de acest tip, cu toate ca tranzistorii bipolari cu jonctiune (BJT) discreti sunt mult mai numerosi decat dispozitivele discrete de tip MOSFET. Numarul de tranzistori MOSFET dintr-un circuit integrat poate ajunge la cateva sute de milioane. Dimensiunea unui MOSFET individual este sub un micron.

Structura si modul de functionare

Sursa, poarta si drena sunt asemanatoare cu cele de la FET-uri. Totusi, contactul portii nu realizeaza o conexiune directa cu materialul semiconductor, cum era cazul FET-urilor. Poarta unui MOSFET reprezinta un strat metalic sau de poli-siliciu asezat peste un strat de dioxid de siliciu (SiO₂) izolator. Poarta seamana foarte mult cu un condensator de tip MOS.

La polarizare, polaritatea armaturilor condensatorului va deveni cea a terminalilor bateriei. Armatura inferioara, de tip P formeaza un canal inversat datorita excesului de electroni din apropierea oxidului format prin respingerea electronilor terminalului negativ al bateriei inspre oxid si atragerea acestora spre armatura pozitiva. Acest canal duce si la formare unei zone de golire ce izoleaza canalul de restul substratului de siliciu.

Polarizarea directa

In figura alaturata, un condensator de tip MOS este plasat intre o pereche de material semiconductor de tip N aflata intr-un substrat de tip P. Cand nu exista sarcina pe condensator (a), poarta nu este polarizata, iar sursa, drena si cele doua regiuni de tip N raman izolate din punct de vedere electric.

Aplicarea unei polarizari directe duce la incarcarea condensatorului (portii) (figura de mai sus (b)). Poarta de deasupra stratului de oxid se incarca pozitiv de la baterie. Substratul de tip P de sub poarta se incarca negativ. Sub poarta oxidului se va forma o regiune inversata cu un exces de electroni. Aceasta regiune conecteaza sursa si drena de tip N, formand o regiune continua de tip N intre cele doua. astfel, MOSFET-ul, ca si FET-ul, este un dispozitiv unipolar. Doar un singur tip de purtator de sarcina este responsabil pentru conductie. Exemplul de mai sus este un MOSFET cu canat de tip N. Conductia unui curent mare este posibila prin aplicarea unei tensiuni intre sursa si drena. Un circuit practic ar avea conectata o sarcina in serie cu bateria drenei.

MOSFET-ul, ca si FET-ul, este un dispozitiv controlat in tensiune. O tensiune aplicata portii controleaza curentul dinspre sursa spre drena. Poarta nu necesita un curent permanent, ci are nevoie doar de un curent initial pentru incarcarea condensatorului portii.

Modul de confectionare

Sectiunea transversala a unui MOSFET de tip N este prezentata in figura alaturata (a). Sursa si drena sunt dopate puternic, N⁺, pentru reducerea pierderilor rezistive datorita curentilor dinspre sursa spre drena. N^- indica o regiune cu dopaj scazut. Regiunea P de sub poarta, aflata intre sursa si drena, poate fi inversata prin aplicarea unei tensiuni de polarizare directa. Simbolul MOSFET-ului este reprezentat in figura alaturata (b).

MOSFET-urile sunt dispozitive cu patru terminale: sursa, poarta, drena si substrat. Substratul este conectat la sursa in cazul MOSFET-urilor discrete, astfel incat dispozitivul final are doar trei terminale. MOSFET-urile realizate intr-un circuit integrat au un substrat comun tuturor dispozitivelor. Aceasta conexiune comuna se regaseste de obicei la iesirea cipului si se conecteaza la impamantare sau la o sursa de tensiune.

Alte variante ale MOSFET-ului

O alta varianta a MOSFET-ului, V-MOS, este de fapt un MOSFET de putere imbunatatit, si este prezentat in figura alaturata. O alta varianta, similara, U-MOS, este mult mai usor de produs.