ترانزستور تأثير المجال (MOSFET) هو ترانزستور تأثير مجالي مصنوع من معدن وأكسيد وشبه موصل، أو معدن وعازل وشبه موصل. يُضخّم الترانزستور ثنائي القطب التغير الطفيف في التيار عند طرف الدخل ويُخرج تغيرًا كبيرًا في التيار عند طرف الخرج. يُعرّف كسب الترانزستور ثنائي القطب بأنه نسبة تيار الخرج إلى تيار الدخل (بيتا). نوع آخر من الترانزستورات، يُسمى ترانزستور تأثير المجال (FET)، يُحوّل التغيرات في جهد الدخل إلى تغيرات في تيار الخرج. يساوي كسب ترانزستور تأثير المجال (FET) الموصلية الانتقالية، والتي تُعرّف بأنها نسبة التغير في تيار الخرج إلى التغير في جهد الدخل. يأتي اسم ترانزستور تأثير المجال (FET) أيضًا من مدخله (المسمى البوابة) الذي يؤثر على التيار المتدفق عبر الترانزستور عن طريق إسقاط مجال كهربائي على طبقة عازلة. في الواقع، لا يتدفق أي تيار عبر هذا العازل، لذا فإن تيار بوابة ترانزستور تأثير المجال صغير جدًا. يستخدم ترانزستور تأثير المجال (FET) الأكثر شيوعًا طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون كعازل أسفل البوابة. تُسمى هذه الترانزستورات ترانزستورات شبه موصلة من أكسيد المعدن (MOS)، أو ترانزستورات التأثير الحقلي شبه موصلة من أكسيد المعدن (MOSFETs). ولأن ترانزستورات MOSFET أصغر حجمًا وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، فقد حلت محل الترانزستورات ثنائية القطب في العديد من التطبيقات.

ما هو موس؟ ما هو التأثير؟

يمكنك الذهاب مباشرة إلى موسوعة Baidu للتحقق من معلومات MOSFET.

ترانزستور MOSFET هو ترانزستور تأثير مجالي مصنوع من معدن وأكسيد وشبه موصل، أو معدن وعازل وشبه موصل. يمكن عكس مصدر ومصرف MOSFET، وجميعها مناطق من النوع N مُشكّلة في البوابة الخلفية من النوع P. في معظم الحالات، تكون هاتان المنطقتان متماثلتين، وحتى مع عكس الطرفين، لن يؤثر ذلك على أداء الجهاز. تُعتبر هذه الأجهزة متماثلة.

يقوم الترانزستور ثنائي القطب بتضخيم التغير الطفيف في التيار عند طرف الإدخال ويخرج تغير تيار كبير عند طرف الخرج. يتم تعريف كسب الترانزستور ثنائي القطب على أنه نسبة الإخراج إلى تيار الإدخال (بيتا). نوع آخر من الترانزستور، يسمى ترانزستور التأثير الميداني (FET)، يحول التغيرات في جهد الدخل إلى تغيرات في تيار الخرج. كسب FET يساوي موصليته، والتي يتم تعريفها على أنها نسبة التغير في تيار الخرج إلى التغير في جهد الدخل.

يُشتق اسم ترانزستور FET أيضًا من مدخله (المسمى البوابة) الذي يؤثر على التيار المتدفق عبر الترانزستور من خلال إسقاط مجال كهربائي على طبقة عازلة. في الواقع، لا يتدفق أي تيار عبر هذا العازل، لذا يكون تيار بوابة ترانزستور FET صغيرًا جدًا. يستخدم ترانزستور FET الأكثر شيوعًا طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون كعازل أسفل البوابة. تُسمى هذه الترانزستورات ترانزستورات شبه موصلة من أكسيد المعدن (MOS)، أو ترانزستورات تأثير المجال شبه موصلة من أكسيد المعدن (MOSFET). ولأن ترانزستورات MOSFET أصغر حجمًا وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، فقد حلت محل الترانزستورات ثنائية القطب في العديد من التطبيقات.

لنلقِ نظرةً أولى على جهاز أبسط - مكثف موس - لفهم موسفت بشكل أفضل. يحتوي الجهاز على قطبين، أحدهما معدني والآخر من السيليكون الخارجي، تفصل بينهما طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون. القطب المعدني هو البوابة (GATE)، والطرف شبه الموصل هو البوابة الخلفية أو الجسم. تُسمى طبقة الأكسيد العازلة بينهما عازل البوابة. يحتوي الجهاز الموضح على بوابة خلفية مصنوعة من سيليكون من النوع P مُشَبَّب قليلاً. يمكن تفسير الخصائص الكهربائية لمكثف موس هذا بتوصيل البوابة الخلفية بالأرض والبوابة بجهدين مختلفين. جهد البوابة لمكثف موس هو 0 فولت. يُنشئ فرق دالة الشغل بين البوابة المعدنية والبوابة الخلفية شبه الموصلة مجالًا كهربائيًا صغيرًا على العازل. في الجهاز، يتسبب هذا المجال الكهربائي في أن تكون أقطاب المعدن موجبة قليلاً والسيليكون من النوع P سالبة. يجذب هذا المجال الكهربائي الإلكترونات من الطبقات السفلية من السيليكون إلى السطح، ويطرد الثقوب منه في الوقت نفسه. هذا المجال الكهربائي ضعيف للغاية، وبالتالي فإن التغيير في تركيز الناقل صغير جدًا، كما أن التأثير على الخصائص العامة للجهاز صغير جدًا أيضًا.

ماذا يحدث عندما تكون بوابة مكثف MOS منحازة للأمام بالنسبة للبوابة الخلفية. يتكثف المجال الكهربائي عبر البوابة العازلة، ويتم سحب المزيد من الإلكترونات من الركيزة. في نفس الوقت يتم طرد الثقوب من السطح. مع زيادة جهد البوابة، سيكون هناك إلكترونات أكثر من الثقوب الموجودة على السطح. وبسبب الإلكترونات الزائدة، يبدو سطح السيليكون مثل السيليكون من النوع N. ويسمى عكس قطبية المنشطات بالانعكاس، وتسمى طبقة السيليكون المعكوسة بالقناة. مع استمرار ارتفاع جهد البوابة، يتراكم المزيد والمزيد من الإلكترونات على السطح، وتصبح القناة انقلابًا قويًا. يسمى الجهد الذي تتشكل عنده القناة بجهد العتبة Vt. عندما يكون فرق الجهد بين البوابة والبوابة الخلفية أقل من جهد العتبة، لا يتم تشكيل أي قناة. عندما يتجاوز فرق الجهد عتبة الجهد، تظهر القناة.

مكثفات MOS: (A) غير متحيزة (VBG=0V)، (B) مقلوبة (VBG=3V)، (C) متراكمة (VBG=-3V).

الوسط هو الحال عندما تكون بوابة مكثف MOS ذات جهد سلبي بالنسبة للبوابة الخلفية. يتم عكس المجال الكهربائي، مما يؤدي إلى جذب الثقوب إلى السطح وطرد الإلكترونات. ويبدو أن سطح السيليكون قد تم تطعيمه بشكل أكبر، ويعتبر الجهاز في حالة تراكم.

يمكن استخدام خصائص مكثفات MOS لتكوين ترانزستورات MOS. تظل البوابة والعازل الكهربائي والباب الخلفي كما هي. يوجد على جانبي البوابة منطقتان إضافيتان مخدرتان بشكل انتقائي. أحدهما يسمى المصدر والآخر يسمى الصرف. افترض أن كلا من المصدر والبوابة الخلفية مؤرضان، وأن المصرف متصل بجهد موجب. طالما أن الجهد بين البوابة والبوابة الخلفية لا يزال أقل من جهد العتبة، فلن يتم تشكيل أي قناة. يكون تقاطع PN بين المصرف والبوابة الخلفية متحيزًا عكسيًا، لذلك تتدفق كمية صغيرة فقط من التيار من المصرف إلى البوابة الخلفية. إذا تجاوز جهد البوابة جهد العتبة، تظهر قناة أسفل عازل البوابة. تشبه هذه القناة طبقة رقيقة من السيليكون من النوع N والتي تعمل على قصر الصرف والمصدر. يتدفق تيار يتكون من إلكترونات من المصدر عبر القناة إلى المصرف. بشكل عام، لن يكون هناك تيار تصريف إلا عندما يتجاوز جهد البوابة إلى المصدر V جهد ​​العتبة Vt.

في ترانزستور MOSFET المتماثل، يكون تحديد المصدر والمصرف عشوائيًا إلى حد ما. بحكم التعريف، تتدفق الموجات الحاملة من المصدر إلى المصرف. لذلك، تُحدد هوية المصدر والمصرف من خلال انحياز الجهاز. أحيانًا لا يكون جهد الانحياز على الترانزستور ثابتًا، ويتبادل السلكان الأدوار. في هذه الحالة، يجب على مصمم الدائرة تحديد أن أحدهما هو المصرف والآخر هو المصدر.

المصدر والمصرف عبارة عن ترانزستورات MOSFET غير متماثلة ذات تشويب مختلف وأشكال هندسية مختلفة. هناك أسباب عديدة لصنع ترانزستورات غير متماثلة، ولكن جميعها تؤدي إلى نفس النتيجة. يُحسّن أحد طرفي التوصيل كمصرف، والآخر كمصدر. في حال تبديل المصدر والمصرف، لن يعمل الجهاز بشكل صحيح.

تحتوي الترانزستورات على قناة من النوع N، لذا تُسمى MOSFET ذات القناة N أو NMOS. يوجد أيضًا أنبوب MOS (PMOS) ذو القناة P، وهو P-MOSFET يتكون من BACKGATE من النوع N مُشَبَّب قليلاً ومصدر ومصرف من النوع P. إذا كانت بوابة هذا الترانزستور متحيزة للأمام بالنسبة إلى BACKGATE، تنجذب الإلكترونات إلى السطح وتنفر الثقوب من السطح. يتراكم سطح السيليكون، ولا تتشكل أي قناة. إذا كانت GATE متحيزة عكسيًا بالنسبة إلى BACKGATE، تنجذب الثقوب إلى السطح وتتشكل قناة. لذلك، يكون جهد العتبة لترانزستور PMOS سالبًا. ونظرًا لأن جهد العتبة لترانزستور NMOS موجب وجهد العتبة لترانزستور PMOS سالب، فإن المهندسين عادةً ما يزيلون العلامة أمام جهد العتبة. قد يقول المهندس "يرتفع PMOS Vt من 0.6 فولت إلى 0.7 فولت"، بينما في الواقع ينخفض ​​PMOS Vt من -0.6 فولت إلى -0.7 فولت.