Un MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) è un tipo di transistor ampiamente utilizzato per commutare e amplificare segnali elettronici. Il FET è un dispositivo semiconduttore che controlla la corrente del circuito di uscita utilizzando l'effetto del campo elettrico del circuito di ingresso di controllo.
Un FET è un dispositivo a quattro terminali con terminali source (S), gate (G), drain (D) e body (B). Un FET controlla la corrente applicando una tensione al gate, che modifica la conduttività tra drain e source. È anche noto come transistor unipolare perché conduce elettricità solo tramite i portatori di maggioranza nel semiconduttore. Vale a dire, un FET utilizza elettroni o lacune come portatori di carica nel suo funzionamento, ma non entrambi.
Esistono due tipi principali di tubi a effetto di campo: i tubi a effetto di campo a giunzione (JFET) e i tubi a effetto di campo a gate isolato (MOS).
Il MOSFET è stato inventato da Mohamed M. Atalla e Dawon Kahng nel 1959 presso i Bell Labs ed è stato introdotto per la prima volta nel giugno 1960. È una parte fondamentale dell'elettronica moderna e il dispositivo più comunemente utilizzato nella storia. Dagli anni '1960, la riduzione e la miniaturizzazione dei MOSFET hanno guidato rapidi progressi nella tecnologia dei semiconduttori elettronici e hanno consentito la realizzazione di circuiti integrati ad alta densità come chip di memoria e microprocessori. Il MOSFET è considerato il "cavallo di battaglia" dell'industria elettronica. I MOSFET sono considerati il "cavallo di battaglia" dell'industria elettronica.
Un MOSFET può funzionare in due modi
- Modalità esaurimento
Quando non c'è tensione sul terminale di gate, il canale mostra la sua massima conduttanza. Mentre quando la tensione sul terminale di gate è positiva o negativa, la conduttività del canale diminuisce. Fare riferimento a questo link per saperne di più su Depletion Mode MOSFET
- Modalità miglioramento
Quando non c'è tensione attraverso il terminale di gate, il dispositivo non conduce. Quando è presente la tensione massima attraverso il terminale di gate, il dispositivo mostra una maggiore conduttività.
Ora, per quanto riguarda il principio di funzionamento, il MOSFET è classificato come segue:
- MOSFET a esaurimento del canale P
- MOSFET di miglioramento del canale P
- MOSFET a esaurimento del canale N
- MOSFET di potenziamento a canale N
MOSFET a canale P
Un MOSFET a canale P ha una regione a canale P situata tra i terminali di source e drain. È un dispositivo a quattro terminali i cui terminali sono gate, drain, source e body. Il drain e il source sono regioni p+ pesantemente drogate e il body o substrato è di tipo n. La corrente scorre nella direzione delle lacune caricate positivamente.
Quando applichiamo una tensione negativa con repulsione al terminale di gate, gli elettroni presenti sotto lo strato di ossido saranno spinti verso il basso nel substrato. La regione di svuotamento è composta da cariche positive legate associate agli atomi donatori. La tensione di gate negativa attirerà anche lacune dalle regioni di sorgente e drenaggio p+ nella regione del canale.
MOSFET a canale N.
Un MOSFET a canale N ha una regione a canale N situata tra i terminali di source e drain. È un dispositivo a quattro terminali i cui terminali sono gate, drain, source e body. In questo transistor a effetto di campo, drain e source sono regioni n+ pesantemente drogate e il substrato o body è di tipo P.
In questo tipo di MOSFET si verifica un flusso di corrente dovuto agli elettroni caricati negativamente. Quando applichiamo una tensione positiva con forza repulsiva sui terminali del gate, i buchi presenti sotto lo strato di ossido verranno spinti verso il basso nel substrato. La regione di svuotamento è costituita da cariche negative legate associate agli atomi accettori.
All'arrivo degli elettroni, si formano dei canali. La tensione positiva attrae anche gli elettroni dalle regioni sorgente e drenaggio n+ nel canale. Ora, se si applica una tensione tra il drenaggio e la sorgente, la corrente fluirà liberamente tra la sorgente e il drenaggio mentre la tensione di gate controlla gli elettroni nel canale. Se applichiamo una tensione negativa, si formerà un canale di lacune sotto lo strato di ossido invece di una tensione positiva.
Funzionamento del MOSFET
Il principio di funzionamento di un MOSFET dipende dal condensatore MOS. Il condensatore MOS è la parte principale del MOS-FET. La superficie del semiconduttore nello strato di ossido sottostante si trova tra i terminali di source e drain. Può essere invertito da tipo p a tipo n applicando tensioni di gate positive o negative.
Quando applichiamo una tensione di gate positiva, le lacune presenti sotto lo strato di ossido subiscono una forza repulsiva e vengono spinte verso il basso insieme al substrato.
La regione di svuotamento è popolata dalle cariche negative legate che sono associate agli atomi accettori. Gli elettroni raggiungono e il canale si forma. La tensione positiva attrae anche elettroni dalle regioni di sorgente e drenaggio n+ nel canale.
Ora, se si applica una tensione tra drain e source, la corrente scorre liberamente tra source e drain e la tensione di gate controlla gli elettroni nel canale. Se applichiamo una tensione negativa, si formerà un canale di lacune sotto lo strato di ossido.
Regioni di funzionamento MOSFET
Nello scenario più generale, il funzionamento di questo dispositivo avviene principalmente in tre regioni, che sono le seguenti:
Regione di Cut-off: è la regione in cui il dispositivo sarà in condizione OFF e non vi sarà alcuna quantità di corrente che lo attraversi. Qui, il dispositivo funziona come un interruttore di base e viene impiegato quando è necessario che funzioni come interruttori elettrici.
Regione di saturazione: in questa regione, i dispositivi avranno il loro valore di corrente drain-source costante senza considerare l'aumento della tensione attraverso il drain-source. Ciò accade solo una volta quando la tensione attraverso il terminale drain-source aumenta più del valore della tensione di pinch-off. In questo scenario, il dispositivo funziona come un interruttore chiuso in cui scorre un livello di corrente saturato attraverso i terminali drain-source. Per questo motivo, la regione di saturazione viene selezionata quando i dispositivi devono eseguire la commutazione.
Regione lineare/ohmica: è la regione in cui la corrente attraverso il terminale drain-source aumenta con l'incremento della tensione attraverso il percorso drain-source. Quando i dispositivi MOSFET funzionano in questa regione lineare, eseguono la funzionalità di amplificatore.
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