تُعرف ترانزستورات MOSFET ضمن كتب الإلكترونيات ب (ترانزستورات تأثير المجال أوكسيد-معدن شبه الموصل) ويرمز لها بـ MOSFET أو MOS-FET  أو MOS FET.

هذه الترانزستورات هي ترانزستورات تأثير مجال يتحدّد فيها توصيل الإشارة الإلكترونيّة بناءً على الجهد المطبَّق, انطلاقاً من هذه الخاصّيّة فهي تُستخدم في توصيل الإشارة أو تضخيمها.

تحظى ترانزستورات MOSFET حالياً بشهرة واستخدام واسعين, حيث أنّها أصبحت أكثر انتشاراً حتّى من ترانزستورات BJT (الترانزستورات ثنائيّة القطبيّة), بسبب الاستعمال الكبير لها ضمن الدّارات التّشابهيّة والرّقميّة.

يتمُّ تشكيل بوابة MOSFET من أوكسيد السيليكون, الأمر الذي أضفى خاصّية العزل على البوّابة ذلك لمنع تدفّق الشّحنات المباشر من البوّابة باتجاه قناة التّوصيل.

تُعتبر ترانزستورات MOSFET الأكثر انتشاراً ضمن الدّارات الرّقميّة بفارق كبير عن الترانزستورات الأخرى

حيث يمكن تضمين المئات, الآلاف أو حتّى الملايين منها ضمن معالج صغري أو شريحة ذاكرة.

نظراً لانّه يمكن تصنيعها من أنصاف نواقل من النمط  n أو p  فإنَّ أزواجاً متكاملة من ترانزستورات MOS  يمكن استخدامها في صنع مفاتيح  (switch) لتشكل بوابات منطقية باستهلاك منخفض جدّاً للطّاقة.

ما المميّز في MOSFET ؟

ما يجعل ترانزستورات MOSFET شائعة جدّاً ضمن المضخّمات هو تمتّعها بممانعة دخل مرتفعة جدّاً تكاد تكون لا نهائيّة ممّا يسمح للمضخم بالتقاط معظم إشارة الدَّخل.

كما توجد ميزة رئيسيّة أخرى هي الاستغناء عن تيّار دخل نتحكّم من خلاله بتيّار الحمل وذلك مقارنةً مع الترانزستورات ثنائيّة القطبيّة.

أنماط عمل ترانزستور MOSFET  هي:

  • نمط  الاستنزاف أو النّضوب Depletion type: يتطلب وجود فولطيّة بين المنبع و البوابة Vgs  لجعله بالوضع off , النمط الاستنزافي للـ MOSFET  مكافئ لمفتاح (normaly closed).
  • نمط التّعزيز Enhancement type: يتطلّب جهداً بين المنبع و البوابة Vgs  لجعله بالوضع on , و هذا النَّمط مكافئ لمفتاح (normaly open).

 بنية MOSFET

في الواقع لدى ترانزستور MOSFET أربعة طرفيّات:

  1. المنبع Source  يرمز له (S)
  2. المصرف Drain  يرمز له (D)
  3. البوابة Gate  يرمز لها (G)
  4. الطرفية الأخيرة هي Body  يرمز لها (B)  لكنّها في أغلب الأحيان تكون مدمجة مع المنبع, لذلك فإنّنا عمليّاً نتعامل مع ثلاثة طرفيّات.

يعتمد عمل MOSFET  على تغيير عرض القناة الواصلة والتي ستتدفَّق عبرها حاملات الشّحنة سواءً كانت إلكترونات أو ثقوب.

تدخل حاملات الشّحنة من المنبع و تخرج من المصرف, أمّا عرض القناة التي ستعبرها حاملات الشّحنة فإنّه سيتحدد بناءً على جهدٍ مطبّقٍ من البوابة

حيث تقع البوّابة بين المنبع والمصرف, كما تكون البوابة معزولة عن القناة من خلال طبقة رقيقة من أوكسيد المعدن.

MISFET  أو ترانزستور تأثير المجال نصف الناقل المعزول المعدني: هي أحد التّسميات التي يُعرف بها MOSFET  , كما يُعرف أيضاً بالتّسمية: IGFET أي ترانزستور تأثير المجال ذو البوّابة المعزولة.

تشغيل MOSFET

يعتمد عمل MOSFET على المكثّف السّعوي capacitor والذي يُعدُّ الجزء الأساسيّ في بناء MOSFET  والذي يتواجد عند البوابة.

السَّطح نصف النّاقل الذي يتواجد تحت الطبقة الرقيقة من الأوكسيد و التي تتواجد بين المنبع والمصرف

هذه الطّبقة يمكن تحويلها من P type  إلى n type  عبر تطبيق جهد موجب أو سالب عليها.

عند تطبيق جهد بوابة موجب, فإنَّ الثّقوب الموجودة في هذه الطّبقة سوف تتحرّك نحو الأسفل بفعل قوى التّنافر, وستصبح منطقة الاستنزاف (وهي المنطقة الموجودة عند حواف الاتصال بين المنطقتين n و p ) مأهولةً بالإلكترونات الحرّة المرتبطة مع الذّرات المستقبلة إضافة لإلكترونات حرّة إضافية ستعمل على تشكيل قناة واصلة بين المصرف والمنبع.

هذه المنطقة التي ازدادت بها الالكترونات الحرة (في حالتنا هذه) والتي تصل بين المنبع و المصرف هي القناة

حيث تتشكل منطقة استنزاف جديدة حول القناة لتشكّل القناة ممراً للتيار.

إذا تمَّ تطبيق جهد بين المصرف و المنبع فإنَّ تيّاراً سينشأ بينهما بحيث يتحكّم جهد البوّابة-منبع بالإلكترونات المشكّلة للقناة

أي بعرض القناة الواصلة لأن زيادة هذا الجهد يزيد من قوى التنافر مع الثقوب و التي بدورها في هذه الحالة ستجذب إلكترونات أكثر

زيادة عرض القناة طبعاً سيزيد من التيار القادر على المرور بين المنبع والمصرف وهو ما يبينه الشكل التالي

أمّا لو تساءلتم عمّا سيحصل لو طبّقنا جهد بوّابة سالب؟

فإنّ الإجابة ستكون أن قناة من الثّقوب ستتشكّل تحت طبقة الأوكسيد, أي أنَّ القناة ستتكوّن من ثقوب عوضاً عن إلكترونات بحالة كان المنبع و المصرف من نوع P.

  • إعداد: المهندسة رهف النداف
  • تدقيق: المهندس خليل محمود
  • تحرير: المهندس بشار الحجي