Che cos'è un transistor MOS?
Il transistor a ossido di metallo a semiconduttore (MOS) è la base della maggior parte delle moderne memorie digitali, processori e chip logici. È anche un elemento comune in molti circuiti integrati analogici e a segnale misto. Questi transistor si trovano in qualsiasi numero di dispositivi elettronici da telefoni cellulari e computer a frigoriferi e apparecchiature mediche elettroniche a controllo digitale. Il transistor MOS è abbastanza versatile e può funzionare come un interruttore, un amplificatore o una resistenza. È anche noto come un particolare tipo di transistor ad effetto di campo (FET) chiamato gate isolato (IGFET) o MOS (MOSFET). L'effetto di campo si riferisce al campo elettrico dalla carica al gate del transistor.
Il transistor MOS è fabbricato su un substrato di cristallo a semiconduttore, solitamente in silicio. Il substrato è ricoperto da un sottile strato isolante, spesso in biossido di silicio. Sopra questo strato si trova il cancello, tipicamente realizzato in metallo o silicio policristallino. La regione di cristallo su un lato del cancello è chiamata la fonte, mentre l'altro è lo scolo. La sorgente e lo scarico sono generalmente "drogati" con lo stesso tipo di silicio; il canale sotto il cancello è "drogato" con il tipo opposto. Ciò forma una struttura simile a un transistor NPN o PNP standard.
Un transistor MOS è generalmente prodotto come un transistor PMOS o NMOS. Un transistor PMOS ha una sorgente e uno scarico realizzati in silicio di tipo p; il canale sotto il cancello è di tipo n. Quando viene applicata una tensione negativa al gate, il transistor si attiva. Ciò consente a una corrente di fluire tra la sorgente e il drain. Quando viene applicata una tensione positiva al gate, questo si spegne.
Un transistor NMOS è l'opposto: un canale di tipo p con una sorgente di tipo n e drain. Quando viene applicata una tensione negativa al gate di un transistor NMOS, si spegne; una tensione positiva lo accende. Un vantaggio che NMOS ha rispetto a PMOS è la velocità di commutazione - NMOS è generalmente più veloce.
Molti circuiti integrati utilizzano porte logiche MOS (CMOS) complementari. Un gate CMOS è composto da due tipi di transistor collegati tra loro: uno NMOS e uno PMOS. Queste porte sono spesso preferite dove il consumo di energia è fondamentale. Generalmente non usano energia fino a quando i transistor non passano da uno stato all'altro.
Il MOSFET in modalità di svuotamento è un tipo speciale di transistor MOS che può essere utilizzato come resistenza. La sua area di gate è fabbricata con uno strato aggiuntivo tra l'isolante di biossido di silicio e il substrato. Lo strato è "drogato" con lo stesso tipo di silicio delle regioni di drenaggio e sorgente. Quando non vi è alcun addebito al gate, questo strato conduce corrente. La resistenza è determinata dalla dimensione del transistor quando viene creato. La presenza di una carica di gate disattiva questo tipo di transistor MOS.
Come la maggior parte degli altri transistor, un transistor MOS può amplificare un segnale. La quantità di corrente che scorre tra la sorgente e il drain varia con il segnale del gate. Alcuni transistor MOS sono costruiti e confezionati singolarmente per gestire grandi correnti. Questi possono essere utilizzati in alimentatori a commutazione, amplificatori ad alta potenza, driver bobina e altre applicazioni analogiche o a segnale misto. La maggior parte dei transistor MOS sono utilizzati in circuiti digitali a bassa potenza e bassa corrente. Questi sono generalmente inclusi all'interno di chip con altre parti, anziché stare da soli.