تیم دیجی‌قطعه در این مقاله آموزشی سعی خواهد کرد تا مقدمات ماسفت ها را برای علاقه‌مندان به الکترونیک آموزش دهد. ترانزیستور اثر میدانی اکسید فلزی – نیمه هادی (MOSFET ، MOS-FET یا MOS FET) ترانزیستور اثر میدان (FET با یک دروازه عایق‌بندی شده) است که ولتاژ هدایت دستگاه را تعیین می‌کند که برای تغییر یا تقویت سیگنال‌ها استفاده می‌شود. از توانایی تغییر رسانایی با مقدار ولتاژ اعمال شده می‌توان برای تقویت یا سوئیچ سیگنال‌های الکترونیکی استفاده کرد. امروزه MOSFET ها حتی بیشتر از BJT ها (ترانزیستور اتصال دو قطبی) در مدارهای دیجیتال و آنالوگ رایج می‌باشند.

 

 

MOSFET رایج‌ترین ترانزیستور در مدارهای دیجیتال است، زیرا صدها هزار یا میلیون‌ها از آنها ممکن است در یک تراشه حافظه یا ریزپردازنده گنجانده شوند. از آنجا که می‌توان آنها را با نیمه هادی‌های نوع p یا n تولید کرد، می‌توان از جفت‌های مکمل ترانزیستور MOS برای ساخت مدارهای سوئیچینگ با مصرف برق بسیار کم، به صورت منطق CMOS استفاده کرد.

ماسفت به دلیل امپدانس ورودی تقریباً نامحدود در آمپلی فایرها بسیار مفید است که به تقویت‌کننده اجازه می‌دهد تقریباً تمام سیگنال ورودی را ضبط کند. مزیت اصلی این است که تقریباً به هیچ ورودی برای کنترل جریان بار در مقایسه با ترانزیستورهای دو قطبی نیاز ندارد. ماسفت به دو شکل اساسی در دسترس می‌باشد:

نوع تخلیه: ترانزیستور برای خاموش کردن دستگاه به ولتاژ Gate-Source (VGS) نیاز دارد. حالت تخلیه MOSFET برابر با یک سوئیچ “به طور معمول بسته شده” است.

نوع تقویت‌کننده: ترانزیستور برای روشن کردن دستگاه به ولتاژ Gate-Source (VGS) نیاز دارد. حالت افزایش MOSFET معادل سوئیچ “Open normal” است.

 

ساختار ماسفت:

این دستگاه شامل چهار ترمینال است که دارای پایانه‌های منبع (S) ، گیت (G) ، تخلیه (D) و بدنه (B) می‌باشد. بدنه به طور مکرر به ترمینال منبع متصل می‌شود و ترمینال‌ها را به سه کاهش می‌دهد. این کار با تغییر در عرض کانال که در آن حامل‌های بار جریان دارد (الکترون یا سوراخ) کار می‌کند.

حامل‌های شارژ از مبدا وارد کانال می‌شوند و از طریق تخلیه خارج می‌شوند. عرض کانال توسط ولتاژ یک الکترود کنترل می‌شود که دروازه نامیده می‌شود که بین منبع و تخلیه قرار دارد. از کانال نزدیک یک لایه بسیار نازک از اکسید فلز عایق‌بندی شده است. ترانزیستور اثر میدانی عایق فلزی – نیمه هادی یا MISFET اصطلاحی تقریباً مترادف با MOSFET است. مترادف دیگر IGFET برای ترانزیستور اثر میدان با عایق است.

کارکرد ماسفت:

کارکرد ماسفت به خازن MOS بستگی دارد. خازن MOS قسمت اصلی MOSFET است. سطح نیمه هادی در لایه اکسید، بین ترمینال‌های منبع و تخلیه قرار دارد. با اعمال ولتاژهای مثبت یا منفی گیت می‌توان آن را از نوع p به نوع n معکوس کرد.

وقتی ولتاژ گیت مثبت را اعمال می‌کنیم، سوراخ‌های موجود در زیر لایه اکسید با یک نیروی دافعه وجود دارد و سوراخ‌ها با بستر به سمت پایین رانده می‌شوند. منطقه تخلیه با بارهای منفی مقید مرتبط با اتم‌های پذیرنده پر می‌شود. الکترون‌ها به کانال می‌رسند تشکیل شده است. ولتاژ مثبت همچنین الکترون‌ها را از منبع n + جذب کرده و مناطق را به کانال تخلیه می‌کند. حال، اگر ولتاژ بین تخلیه و منبع اعمال شود، جریان آزادانه بین منبع و تخلیه جریان می‌یابد و ولتاژ گیت، الکترون‌های کانال را کنترل می‌کند. اگر ولتاژ منفی اعمال کنیم، یک کانال سوراخ در زیر لایه اکسید ایجاد می‌شود.

P-Channel MOSFET:

 

لوله تخلیه و منبع به شدت دوپ (doped) شده و بستر از نوع n است. جریان به دلیل جریان سوراخ‌های دارای بار مثبت جریان می‌یابد که به آن کانال ماسفت می‌گویند. هنگامی که ولتاژ دروازه منفی را اعمال می‌کنیم، الکترون‌هایی که در زیر لایه اکسید قرار دارند نیروی دافعه را تجربه می‌کنند و آنها به سمت پایین به زیر لایه رانده می‌شوند ، منطقه تخلیه توسط بارهای مثبت پیوند خورده‌ای که با اتم‌های اهدا کننده مرتبط هستند جمع می‌شود. ولتاژ گیت منفی همچنین سوراخ‌هایی را از منبع + p و منطقه تخلیه را به منطقه کانال جذب می‌کند.

N-Channel MOSFET:

 

تخلیه و منبع به شدت n + doped شده و بستر از نوع p است. جریان به دلیل جریان الکترون‌های با بار منفی جریان می‌یابد که به آن کانال M کانال ماسفت نیز می‌گویند. وقتی ولتاژ گیت مثبت را اعمال می‌کنیم، سوراخ‌های موجود در زیر لایه اکسید نیروی دافعه را تجربه می‌کنند و سوراخ‌ها به سمت پایین به سمت بارهای منفی محدود شده که با اتم‌های گیرنده در ارتباط هستند، رانده می‌شوند. ولتاژ گیت مثبت همچنین الکترون‌ها را از منبع n و منبع تخلیه به کانال جذب می‌کند بنابراین یک کانال دسترسی الکترون تشکیل می‌شود.