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IL TRANSISTOR MOSFET
MOSFET
enhancement mode
Anche questo transistor è unipolare. Il suo nome è un
acronimo per Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. La struttura di principio del dispositivo è
rappresentata nella figura seguente Anche nel caso del MOSFET abbiamo due tipi di transistor: a
canale n e a canale p. quello rappresentato in figura è il MOS a canale n. La
struttura di principio del MOS a canale P si ottiene semplicemente invertendo il
drogaggio delle diverse zone individuate nel dispositivo. Come al solito
descriviamo il dispositivo facendo riferimento soltanto ad una delle tipologie
possibili, quella a canale n. Come si può notare dalla figura, abbiamo una barretta
intrinseca (cioè non drogata) o drogata di tipo p, detta substrato. Nella parte
superiore del substrato sono ricavate due zone drogate di tipo n. In
corrispondenza di tali zone sono realizzati dei contatti metallici per ricavare
i morsetti rispettivamente di Source e Drain. Fra i due morsetti, al di sopra
del substrato è realizzato uno strato di diossido di silicio (SiO2).
Tale strato di ossido ha proprietà isolanti, è un dielettrico. Al di sopra dello
strato di ossido abbiamo un ulteriore elettrodo detto di Gate. Anche se non appare in figura, anche il substrato è in genere
metallizzato e collegato al morsetto di Source. A differenza del JFET se colleghiamo una batteria fra Source
e Drain del MOSFET, non abbiamo un passaggio di corrente, poiché il percorso fra
i due elettrodi non è drogato in maniera omogenea, ma abbiamo due giunzioni pn,
la prima fra zona di Source e substrato e la seconda fra substrato e Drain. Se
volessimo far passare una corrente di elettroni fra S e D, dovremmo porre una
batteria fra i due elettrodi col positivo verso il morsetto D polarizzando
inversamente la seconda giunzione. Se invertissimo i collegamenti della batteria
verrebbe polarizzata inversamente la prima giunzione. In entrambi i casi non
avremmo passaggio di correnti apprezzabili. Per consentire la circolazione di corrente dovremo porre una
batteria fra Source e Gate in modo da portare il Gate a tensione superiore
rispetto al Source e al substrato. Ora basta notare che il sistema costituito dall’elettrodo di
Gate e dal semiconduttore con lo strato di dielettrico interposto, costituisce
una sorta di condensatore in cui si genera un campo elettrico le cui linee di
forza vanno dal Gate al substrato. Tale campo elettrico attira elettroni dalle
due zone n, al di sotto dello strato di diossido di silicio. L’arrivo di un
sufficiente numero di elettroni in tale regione comporta la creazione di una
zona di tipo N nel substrato che collega la zona di Source e la zona di Drain.
Questa zona si troverà a tensione superiore rispetto al resto del substrato
quindi si avrà una nuova giunzione polarizzata inversamente con relativa zona di
svuotamento che la isolerà dal resto del substrato. La zona ricca di elettroni che si è formata prende il nome di
strato di inversione di carica proprio ad indicare che da zona P, grazie
all’arrivo di elettroni, è diventata zona N. Adesso si è realizzato un canale fra il Source e il Drain che
consente il passaggio di corrente, inserendo una batteria fra i due morsetti, in
modo da avere una tensione VDS>0. Come nel caso del JFET, per
piccoli valori della tensione VDS si ha un comportamento lineare del
dispositivo. Esso si comporta sostanzialmente come una resistenza il cui valore
dipende dalla lunghezza del canale e dalla sua sezione. Al crescere della tensione VGS il canale si
arricchisce sempre più di elettroni, la resistenza che esso offre diventa sempre
più piccola e la caratteristica che lega ID e la VDS ruota
in direzione dell’asse delle ordinate. Anche nel caso del MOSFET notiamo che le caratteristiche si
mantengono costanti soltanto per piccoli valori di VDS mentre tendono
a incurvarsi e diventare quasi parallele all’asse delle ascisse Per spiegare questo fenomeno consideriamo separatamente gli
effetti delle due batterie. Se consideriamo VGS>0 e
VDS=0 abbiamo tensioni che vanno dal substrato al gate MOSFET depletion modeEsiste un secondo tipo di MOSFET detto depletion mode. La
struttura di principio è identica, ma vi è la differenza che, in tal caso, il
canale fra Source e Drain già esiste perché realizzato per drogaggio dal
costruttore. Ciò vuol dire che anche se la VGS è nulla si può avere
una circolazione di corrente nel dispositivo. In tal caso la VGS può essere positiva (si allora
un allargamento del canale e correnti più elevate) o negativa (si restringe il canale e si hanno correnti più
piccole) |