O MOSFET é um transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico. Ou semicondutor isolante metálico. O transistor bipolar amplifica a pequena mudança de corrente na extremidade de entrada e produz uma grande mudança de corrente na extremidade de saída. O ganho de um transistor bipolar é definido como a razão entre a corrente de saída e a corrente de entrada (beta). Outro tipo de transistor, chamado transistor de efeito de campo (FET), converte alterações na tensão de entrada em alterações na corrente de saída. O ganho de um FET é igual à sua transcondutância, definida como a razão entre a mudança na corrente de saída e a mudança na tensão de entrada. O nome do FET também vem de sua entrada (chamada porta) que afeta a corrente que flui através do transistor ao projetar um campo elétrico em uma camada isolante. Na verdade, nenhuma corrente flui através deste isolador, então a corrente de porta do FET é muito pequena. O FET mais comum usa uma fina camada de dióxido de silício como isolante sob o GATE. Esses transistores são chamados de transistores semicondutores de óxido metálico (MOS) ou transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico (MOSFETs). Como os MOSFET são menores e mais eficientes em termos de energia, eles substituíram os transistores bipolares em muitas aplicações.

O que é MOS? qual é o efeito?

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O MOSFET é um transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico ou um semicondutor isolante metálico. A fonte e o dreno do MOSFET podem ser invertidos e são todas regiões do tipo N formadas na backgate do tipo P. Na maioria dos casos, essas duas regiões são iguais, mesmo que as duas extremidades sejam invertidas, isso não afetará o desempenho do dispositivo. Tais dispositivos são considerados simétricos.

O transistor bipolar amplifica a pequena mudança de corrente na extremidade de entrada e produz uma grande mudança de corrente na extremidade de saída. O ganho de um transistor bipolar é definido como a razão entre a corrente de saída e a corrente de entrada (beta). Outro tipo de transistor, chamado transistor de efeito de campo (FET), converte alterações na tensão de entrada em alterações na corrente de saída. O ganho de um FET é igual à sua transcondutância, definida como a razão entre a mudança na corrente de saída e a mudança na tensão de entrada.

O nome do FET também vem de sua entrada (chamada porta) que afeta a corrente que flui através do transistor ao projetar um campo elétrico em uma camada isolante. Na verdade, nenhuma corrente flui através deste isolador, então a corrente de porta do FET é muito pequena. O FET mais comum usa uma fina camada de dióxido de silício como isolante sob o GATE. Esses transistores são chamados de transistores semicondutores de óxido metálico (MOS) ou transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico (MOSFETs). Como os MOSFET são menores e mais eficientes em termos de energia, eles substituíram os transistores bipolares em muitas aplicações.

Primeiro, observe um dispositivo mais simples – o capacitor MOS – para entender melhor o MOSFET. O aparelho possui dois eletrodos, um de metal e outro de silício extrínseco, separados por uma fina camada de dióxido de silício. O poste de metal é o GATE e o terminal semicondutor é a backgate ou corpo. A camada isolante de óxido entre eles é chamada de dielétrico de porta. O dispositivo mostrado possui uma backgate feita de silício tipo P levemente dopado. As características elétricas deste capacitor MOS podem ser explicadas conectando a backgate ao terra e a porta a diferentes tensões. O potencial GATE do capacitor MOS é 0V. A diferença na FUNÇÃO DE TRABALHO entre o metal GATE e o semicondutor BACKGATE cria um pequeno campo elétrico no dielétrico. No dispositivo, esse campo elétrico faz com que os pólos metálicos sejam ligeiramente positivos e o silício tipo P negativo. Este campo elétrico atrai elétrons das camadas inferiores do silício para a superfície e, ao mesmo tempo, repele buracos da superfície. Este campo elétrico é muito fraco, então a mudança na concentração de portadores é muito pequena e a influência nas características gerais do dispositivo também é muito pequena.

O que acontece quando o GATE do capacitor MOS é polarizado diretamente em relação ao BACKGATE. O campo elétrico através do GATE DIELÉTRICO se intensifica e mais elétrons são puxados para cima do substrato. Ao mesmo tempo, os buracos são repelidos da superfície. À medida que a tensão do GATE aumenta, haverá mais elétrons do que buracos na superfície. Por causa do excesso de elétrons, a superfície do silício se parece com o silício do tipo N. A reversão da polaridade dopante é chamada de inversão, e a camada de silício invertida é chamada de canal. À medida que a tensão GATE continua a aumentar, mais e mais elétrons se acumulam na superfície e o canal se torna uma forte inversão. A tensão na qual o Canal é formado é chamada de tensão limite Vt. Quando a diferença de tensão entre GATE e BACKGATE é menor que a tensão limite, nenhum canal é formado. Quando a diferença de tensão excede a tensão limite, o canal aparece.

Capacitores MOS: (A) imparciais (VBG=0V), (B) invertidos (VBG=3V), (C) acumulados (VBG=-3V).

O meio é o caso quando o GATE do capacitor MOS tem uma tensão negativa em relação à backgate. O campo elétrico é invertido, atraindo buracos para a superfície e repelindo elétrons. A superfície do silício parece estar mais dopada e o dispositivo é considerado em estado de acumulação.

As características dos capacitores MOS podem ser usadas para formar transistores MOS. Gate, dielétrico e backgate permanecem como estão. Em cada lado do GATE estão duas regiões adicionais dopadas seletivamente. Um deles é chamado de fonte e o outro é chamado de dreno. Suponha que a fonte e a backgate estejam aterradas e que o dreno esteja conectado a uma tensão positiva. Enquanto a tensão entre GATE e BACKGATE ainda for menor que a tensão limite, nenhum canal será formado. A junção PN entre o dreno e a backgate é polarizada inversamente, portanto, apenas uma pequena quantidade de corrente flui do dreno para a backgate. Se a tensão GATE exceder a tensão limite, um canal aparecerá sob o dielétrico GATE. Este canal é como uma fina camada de silício tipo N que causa curto-circuito no dreno e na fonte. Uma corrente consistindo de elétrons flui da fonte através do canal até o dreno. Em geral, haverá corrente de dreno somente quando a tensão porta-fonte V exceder a tensão limite Vt.

Em um MOSFET simétrico, a rotulagem de fonte e dreno é um tanto arbitrária. Por definição, os transportadores fluem para fora da fonte e para o dreno. Portanto, a identidade da fonte e do dreno é determinada pela polarização do dispositivo. Às vezes, a tensão de polarização no transistor não é fixa e os dois terminais trocam de função entre si. Neste caso, o projetista do circuito deve especificar que um é o dreno e o outro é a fonte.

Fonte e dreno são MOSFET assimétricos com dopagem e formas geométricas diferentes. Existem muitas razões para fabricar transistores assimétricos, mas todas têm o mesmo resultado final. Um terminal principal é otimizado como dreno e o outro é otimizado como fonte. Se o dreno e a fonte forem trocados, o dispositivo não funcionará corretamente.

Os transistores têm canal do tipo N, por isso são chamados de MOSFET de canal N ou NMOS. Também existe um tubo MOS (PMOS) de canal P, que é um P-MOSFET composto por um BACKGATE tipo N levemente dopado e uma fonte e dreno tipo P. Se o GATE deste transistor for polarizado diretamente em relação ao BACKGATE, os elétrons serão atraídos para a superfície e os buracos serão repelidos da superfície. A superfície do silício é acumulada e nenhum canal é formado. Se o GATE for polarizado inversamente em relação ao BACKGATE, os buracos serão atraídos para a superfície e um canal será formado. Portanto, a tensão limite do transistor PMOS é negativa. Como a tensão limite do NMOS é positiva e a tensão limite do PMOS é negativa, os engenheiros geralmente removem o sinal na frente da tensão limite. Um engenheiro pode dizer: "PMOS Vt sobe de 0.6V para 0.7V", quando na verdade o PMOS Vt cai de -0.6V para -0.7V.