Co je tranzistor MOS?

Tranzistor polovodiče s oxidem kovu (MOS) je stavebním kamenem nejmodernějších digitálních pamětí, procesorů a logických čipů. Je to také běžný prvek v mnoha integrovaných obvodech analogových a smíšených signálů. Tyto tranzistory se nacházejí v libovolném počtu elektronických zařízení od mobilních telefonů a počítačů po digitálně řízené chladničky a elektronická zdravotnická zařízení. Tranzistor MOS je velmi univerzální a může fungovat jako přepínač, zesilovač nebo rezistor. Je také znám jako zvláštní typ tranzistoru s efektem pole (FET), který se nazývá izolovaná brána (IGFET) nebo MOS (MOSFET). Polní efekt se vztahuje k elektrickému poli z náboje na bráně tranzistoru.

MOS tranzistor je vyroben na polovodičovém krystalovém substrátu, obvykle vyrobeném z křemíku. Podklad je pokryt tenkou izolační vrstvou, často vyrobenou z oxidu křemičitého. Nad touto vrstvou je brána, obvykle vyrobená buď z kovu nebo z polykrystalického křemíku. Křišťálová oblast na jedné straně brány se nazývá zdroj, zatímco druhá je drenáž. Zdroj a odtok jsou obecně "dopovány" stejným typem křemíku; kanál pod branou je „dopován“ opačným typem. To vytváří strukturu podobnou standardnímu NPN nebo PNP tranzistoru.

Tranzistor MOS je obecně vyráběn jako tranzistor PMOS nebo NMOS. Tranzistor PMOS má zdroj a odtok vyrobený z křemíku typu p; kanál pod branou je typu n. Když je na bránu přivedeno záporné napětí, tranzistor se zapne. To umožňuje proudit mezi zdrojem a odtokem. Když je na bránu přivedeno kladné napětí, vypne se.

Tranzistor NMOS je opakem: kanál typu p se zdrojem typu n a odtokem. Když je na bránu tranzistoru NMOS přivedeno záporné napětí, vypne se; kladné napětí to zapne. Jednou výhodou, kterou NMOS má oproti PMOS, je rychlost přepínání - NMOS je obecně rychlejší.

Mnoho integrovaných obvodů používá doplňkové logické brány MOS (CMOS). Brána CMOS se skládá ze dvou typů tranzistorů spojených dohromady: jednoho NMOS a jednoho PMOS. Tyto brány jsou často preferovány tam, kde je spotřeba energie kritická. Obvykle nepoužívají žádnou energii, dokud tranzistory nepřepnou z jednoho stavu do druhého.

MOSFET v režimu vyčerpání je speciální typ tranzistoru MOS, který lze použít jako rezistor. Jeho oblast vrat je vyrobena s další vrstvou mezi izolátorem oxidu křemičitého a substrátem. Vrstva je „dotována“ stejným typem křemíku jako oblasti odtoku a zdroje. Když u brány není žádný náboj, tato vrstva vede proud. Odpor je určen velikostí tranzistoru, když je vytvořen. Přítomnost hradlového náboje vypíná tento typ tranzistoru MOS.

Stejně jako většina ostatních tranzistorů může tranzistor MOS zesílit signál. Množství proudu protékajícího mezi zdrojem a odtokem se mění podle signálu brány. Některé tranzistory MOS jsou konstruovány a jednotlivě baleny tak, aby zvládly velké proudy. Lze je použít pro spínání napájecích zdrojů, výkonových zesilovačů, cívkových ovladačů a dalších analogových nebo smíšených signálů. Většina tranzistorů MOS se používá v nízkoenergetických a slaboproudých digitálních obvodech. Tito jsou typicky zahrnuti uvnitř čipů s jinými částmi, spíše než stát osamoceně.