MOS FET إختصاراً ل The metal–oxide–semiconductor field-effect transistor وهو يعنى الترانزستورات المؤثرة على المجال المبنية باستخدام أشباه موصلات مصنوعة من أكاسيد المعادن.
وهو وحدة تستخدم فى تضخيم أو التحكم فى (Switching) إشارة كهربائية.
المبادىء الأساسية لهذه الوحدة بنيت سنة 1925 بواسطة يوليوس إدجار ليلينفيلد.
فى المصفط. إعطاء إشارة بشدة تيار معينة لقطب (البوابة المعزولة بالأكسيد) يؤدى إلى خلق قناة توصيل بين نقطتى التلامس (القطبين) الآخرين للمصفط المسميان Source (المصدر) و drain (المستنزف).
هذه القناة قد تكون n-type أو p-type (سيتم شرحها لاحقاً) وبناءاً على نوع القناة يتم تسمية المصفط nMOSFET أو pMOSFET
وشائع إختصارها إلى nMOS, pMOS ... والآن تعتبر المصفتات هى المكون الأكثر إستخداماً فى الدوائر سواء الأحادية أو الرقمية. بعد أن كان الترانزستور العادى (الثنائى القطبية) هو الأكثر إستخداماً.
أكاسيد المعادن فى تسمية المصفط صار بعد فترة إسم دارج فقط وليس إشارة إلى تركيب المصفط لأن البوابة المنطقية السابقة الصنع من أكاسيد المعدن (الألومنيوم) أصبحت الآن طبقة من البولى سيليكون (polycrystalline silicon). وكان الألومنيوم هو مادة البوابة المنطقية حتى منتصف السبعينات من القرن الماضى عندما أصبح البولى سيليكون المسيطر على صناعة المصفط لمناسبته لتقنية ال self-aligned gates (وهى الطريقة الصناعية التى أبتكرت خلال تلك الآونة لتأكيد التقاطع بين البوابة وأطراف ال source و drain بهدف الوصول إلى دقة فى صناعة المصفط بطريقة أكثر عملية مما قلل من حجمه وذادت من الموثوقية فى عمل المصفط فقد كانت طريقة الصناعة السابقة يحدث فيها أحياناً عدم تقاطع بين البوابة وقطبى المصفط مما يؤدى إلى مصفط لا يعمل. ولهذا فكان يجب إبتكار حل لهذه المشكلة الكبرى وتم تسمية هذا الحل ب self-aligned gate.)
وتبدأ الآن البوابات المنطقية فى العودة إلى المعادن مرة أخرى بمعادن جديدة ذات صفات أفضل مثل عنصر الهافميوم , إذ اصبح من الصعب رفع سرعة العمليات بالمصفط بالبوابات المصنوعة من السليكون الحالية.
IGFET هو مصطلح مرتبط معناه Insulated-gate field-effect transistor (الترانزستور المؤثر على المجال المبنى باستخدام البوابات المعذولة) ويستخدم أحياناً فى نفس الدوائر مع المصفط وبوابته ليست أكاسيد. ويوجد أيضاً ال MISFET ومعناه metal–insulator–semiconductor FET.
شكل المصفط. والمثال فى الصورة لمصفط يستخدم كسويتش فى دائرة باور وبإمكانه يضمن إيقاف تيار بشدة 120 فولت فى الحالة الغير نشطة ويمكنه توصيل تيار بشدة 30 امبير فى الحالة النشطة.
قطاع من nMOSFET . عندما تكون شدة التيار (الفولت) (Vgs) أقل من حد فتح قناة التوصيل .لا يمر إلا تيار فى غاية الإنخفاض أو لا يمر نهائياً بين الطرف الخارجى Source والمستنزف Drain , فعندها يكون المصفط سويتش مغلق. وعندما تصبح شدة التيار عند البوابة موجبة أكثر من هذا الحد فإنها تجذب إلكترونات محدثة قناة توصيل من النوع n-type بالمادة تحت الأوكسيد مما يسمح بالإلكترونات بالمرور بين الأطراف. ويكون السويتش مفتوح.
محاكاه لتشكيل قناة الإنقلاب بين المصدر والمستنزف بالمصفط (Electron density) وبلوغ شدة تيار فتح القناة (IV) .. مع ملاحظة أن شدة تيار فتح القناة فى هذه الحالة حول 0.45 فولت
تركيب المصفط
عادة ما يكون شبه الموصل المستخدم هو السيليكون. ولكن بعض المصنعين وأشهرهم IBM أصبحو يستخدمو مركب كيميائى من السيليكون والجيرمانيوم (SiGe) فى قنوات المصفط.
ولسوء الحظ فكثيراً من اشباه الموصلات ذوات الخواص الكهربية الأفضل من السيليكون مثل أرسينيد الجاليوم (gallium arsenide) لا يشكلون عازل قوى فى حالة إغلاق المصفط. والبحوث تجرى لخلق أشباه موصلات جديدة بخواص مقبولة.
للتغلب على مشكلة زيادة إستهلاك الطاقة بسبب تسرب التيار فقد إبتكرو high-κ dielectric كمادة بديلة لأوكسيد السيليكون كقنطرة بالبوابة (gate)
وتصنع البوابة مفصولة عن قناة الإنقلاب بطبقة عازلة رفيعة غالباً من خليط من مركبات السيليكون. , وبعض المصنعين بدءوا حالياً فى تقديم منتجاتهم باستخدام high-κ dielectric + metal gate combination فى المعمارية 45 نانومتر.
عندما يمر تيار بين البوابة ومخارج المصفط فإن المجال الكهربى المولد يمر خلال الأوكسيد ويخلق قناة إنقلاب فى واجهة العزل - التوصيل . وهذه القناة من نفس النوع مثل ال source and drain (نوع موجب أو سالب) n-type أو p-type. وعليها فتتشكل قناة يمر من خلالها التيار. وعلى حسب التيار المار بين البوابة وجسم المصفط يختلف رد فعل المصفط تبعاً لتركيبه.
رموز الدوائر.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق