موسفت

أنواع الموسفت

complementary MOS .

عالي التشويب enhancement – حاجز للتيار في حالته الطبيعية.

يغلب استخدام الموسفت عالي التشويب عمليا.

منخفض التشويب depletion – موصل للتيار في حالته الطبيعية،

في هذا الإطار، وعلاوة على ذلك فيوجد من النوعين صنفان آخرين، يختلفان في البنية الداخلية وفي الخواص الكهربائية:

ومن جهة أخرى، مثلما في شبه الموصل ثنائي الأقطاب يوجد من الموسفت نوعين:«نوع بي» أو «بي-قناة» و «نوع إن» أو «إن-قناة». وعندما يستعمل الاثنان في دائرة كهربائية فيقال عنهما أنه «موسفت متكامل»

طريقة استخدام الموسفت

وفي السياق ذاته، يمكن استخدام الموسفت بثلاثة طرق تعتمد على مقادير الجهود الكهربائية المتصلة بأطرافه.

• هذا النمط ابتكره «شيشمان» و «هودجز» ويسمى باسميهما «نموذج شيشمان-هودجز».
• سنطرح هنا الثلاثة طرق لاستعمل موسفت-إن، مركز التشويب:
• قطع التيار - العمل تحت حد جهد البوابة
• عندما تكون VGS < Vth:

تاريخه

كذلك، ومنذ السبعينيات من القرن الماضي كان تشويب البولي سليكون لاستخدامه في تصنيع البوابة، واستغني عن اللألمونيوم المبخر على السطح. .

من جانب آخر، واستغنى الناس عن مادة الجرمانيوم التي كانت تكوّن شبه الموصل الأساسي لتصنيع مقحل. إلا أن تصنيع المقاحل يحتاج حجرات نظيفة جدا وتحتاج اتباع نظام دقيق في المعاملة الحرارية أثناء الإنتاج.

كذلك، ومنذ بداية القرن 21 انصب العلماء على ابتكار نوع جديد يسمى «بوابة معدن عالية كي»

وفي هذا الصدد، كانت طريقة تشغيل الموسفت أقدم كثيرا من معرفتنا مقحل ثنائي الأقطاب. وكانت أو تسجيلات لحق الاختراع له مسجلة باسم «يوليوس إدجار» في عام 1926 و «أوسكار ليلينفيلد» في سنة 1934 . اخترع المهندسان محمد عطا الله و داوون كانغ أول ترانزستور عملي من نوع "معدن-أكسيد-شبه موصل" ذي تأثير حقلي (MOSFET) في عام 1959 في مختبرات بيل. إلا أن أول إنتاج للموسفت بدأت في سنة 1960، عندما توصل الفيزيائون إلى مادة السليكون/أكسيد السليكون، استطاعوا بواسطها إنتاج وصلة سطحية بين شبه موصل وعازل.

High-k+Metal-Gate-Technik وتم أول إنتاج لها في سنة 2007 .

حيث

وفي هذا السياق، هو جهد انحياز البوابة بالنسبة إلى المصدر، و هي جهد الحافة (أقل جهد للبوابة يسمح بتشغيل الموسفت)Threshold Voltage.

وفي هذا الصدد، بسبب أن جهد الحافة أعلى من جهد البوابة يكون الموسفت ليس موصلا للتيار، ولا يوجد تيار من المصب إلى المنبع.

طريقة الصمام الثلاثي أو منطقة التناسب الخطي

عندما تكون VGS > Vth

Cmos

علاوةً على ذلك، والأنواع الثلاث مقسمة حسب أنواع الأكثرية في المقاحل: نوع n ، ونوع p ، والـ Cmos هو عبارة عن خليط من المقحلين الباقيين.

كلمة موسفت MOSFET هي اختصار للاسم بالكامل:

metal–oxide–semiconductor field-effect transistor

علاوةً على ذلك، كما تتداول له عدة أسماء نوع بي: موصّل-بي، قناة-بي، و «موس-بي»، كذلك بالنسبة للنوع إن: موصل-إن، قناة-إن، و «موس-إن». , إذا استعمل كلا المقحلين في دائرة رقمية مثلا فيستعمل لهما تعبير «موس متكامل» (Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS .

منطقة التشبع

منطقة التشبع أو الطريقة النشطة (Saturation mode)

عندما تكون VGS > Vth

طريقة عمله

علاوةً على ذلك، للموسفت ثلاثة أطراف: G البوابة (وهي المتحكمة), و D المصب، و S المنبع. (وأحيانا في بعض الأنظمة يكون طرف رابع موصول بالجسم B . ولكن في أغلب الأحوال يكون الجسم موصولا داخليا بالمنبع)

من الملاحظ أن جهد تشغيل المصباح UDS دائما موجبا.

وفي هذا السياق، في الموسفت نوع إن تكون الإلكترونات الغالبية العظمى لحاملات الشحنة (تشويب نوع إن).

كذلك، وتسير الإلكترونات في عكس اتجاه التيار المصطلح عليه تقنيا (من الموجب إلى السالب) أي تسير الإلكترونات من السالب إلى الموجب، وهو أتجاه «السهم» في الموسفت.

وفي هذا السياق، يعمل الموسفت (كما هو الحال للشبه الموصل الحقلي) كمقاومة يتحكم فيها بواسطة جهد البوابة، أي أن الجهد البوابة-المنبع UGS يمكن أن يغير «المقاومة» بين المنبع والمصب RDS ، وبالتالي يمكنه تغيير التيار IDS (أو باختصار ID) المار في المقاومة RDS تغيررا كبيرا.

علاوةً على ذلك، وعندما يعلو جهد البوابة ليصبح أعلى من «جهد العمل»، عندئذ تسمح البوابة بمرور الإلكترونات من المنبع إلى المصب (بالتالي يسير التيار المصطلح عليه تقنيا من الموجب إلى السالب] ويضيء المصباح.

ومن ناحية أخرى، في الشكل تبين S المنبع وD المصب و G البوابة. البوابة لها حد أدنى للجهد (عادة بين 1 فولط - 3 فولط) لكي تعمل، يسمى «جهد العمل». فعندما يكون الجهد المطبق على البوابة أقل من «جهد العمل» فلا تسمح البوابة بمرور تيار في الموسفت، ويبقى المصباح مطفأ (الشكل العلوي).

أكسدة موضعية للسيليكون

تاريخ الأجهزة الحاسوبية (ستينيات القرن العشرين-الآن)

و (VDS < (VGS – Vth

طول البوابة،

سعة الأكسيد في البوابة.

المعادلة التي تصف سلوك التيار من المصب إلى المنبع هي:

اتساع البوابة،

ومن جهة أخرى، نجد أن التيار يتاسب تناسبا خطيا مع جهد المصب أولا، ثم يصل إلى تشبع حيث يثبت التيار عند مستوى معين ولا يزيد رغم تزايد الجهد.

علاوةً على ذلك، الرسم البياني المجاور يبين تزايد التيار بزيادة جهد المصب، وذلك لعدد من قيم فرق الجهد (; (VGS – Vth بين 1 فولط، و 2 فولط و 3 فولط.... إلى 7 فولط.

حيث:

من جهة ثانية، يبدأ التيار يسير من المصب إلى المنبع (طبقا لتعريف التيار في التقنية الكهربائية). ويعمل الموسفت كما لو كان مقاومة بين المصب والمنبع ويضبطها جهد البوابة.

الحركية الفعالة لحاملات الشحنة،

و (VDS ≥ (VGS – Vth

علاوةً على ذلك، والإلكترونات تسير في عكس اتجاه التيار كما هو مصطلح عليه تقنيا. هنا نجد أن جهد المنبع

من جهة ثانية، الشكل يوضح دائرة تتكون من «موسفت نوع إن» و «موسفت نوع بي». السهم داخل الموسفت يشير إلى اتجاه حركة الإلكترونات (وهو اتجاه التيار طبقا للاصطلاح التقني).

ومن ناحية أخرى، في هذه الحالة ينفتح الموسفت وتنشأ قناة تسمح للتيار بالمرور بين المصب والمصدر. ونظرا لأن جهد المصب أغلى من جهد المصدر فإن الاكترونات تنتشر ولا ينحصر التوصيل في قناة ضيقة بل ينتشر في قناة متسعة واصلة حتى جسم الموسفت.

(−; لأنه أقرب إلى ) أقل من جهد المصب

إضافةً إلى ذلك، وفي حالة الموسف نوع «قناة-بي» PMOS تكوّن الفجوات أغلبية حاملات الشحنة، وهم يسيرون في اتجاه التيار كما هو معترف به من تقنية الكهرباء.

وفي هذا الصدد، فإذا كانت λ مساوية للصفر يكتسب الموسفت مقاومة عالية ويصعب تقدير تيار المصب، خصوصا في الدوائر التناظرية.

وفي هذا السياق، هنا ظهر معامل جديد λ, وهو معامل تغير طول القناة ويمثل اعتماد التيار على جهد المصب بسبب «التاثير الابتدائي»، أو «تعديل طول القناة» channel length modulation.

(+; فهو أقرب إلى ).

في هذا الإطار، ويتم توصيل المصدر للموسفت نوع «قناة- بي» بالجهد (+, وهو أقرب إلى ) ويكون أكبر من جهد المصب (−; لأنه أقرب إلى ).

من جهة ثانية، المنبع هو العضو الذي تتحرك منه الشحنات في حالة التوصيل في اتجاه المصب.

ومن جهة أخرى، عند بداية منطقة التشبع حيث تكون جهد المصب مساويا على وجه التقريب من فرق الجهد VGS – Vth توجد منطقة تسمى «منطقة التقاط» pinch-off تشير إلى عدم تكوّن قناة قرب المصب. ومع أن القناة لا تشمل الموسف بطوله فيكون المجال الكهربائي عاليا بيك المصب والقناة ويستمر التوصيل.

إضافةً إلى ذلك، ويكون تيار المصب معتمدا قليلا على جهد المصب ويتحكم فيه جهد البوابة-المنبع، وتصف المعادلة التالية اعتماد تيار المصب على جهد المصب بالتقريب:

• الأشكال التالية توضح ظروف عمل الموسفت في أربعة أنمطة للتشغيل:
• في الأشكال الملونة: نجد مقاومة تصل بين المنبع والجسم حتى لا يكون الجسم تحت جهد.
• تقسيم أجزاء المنبع والمصب للنوعين PMOS و NMOS

كذلك، في الموسفت نوع «قناة-إن» NMOS تكون الإلكترونات أغلبية حاملات الشحنات.

• اقرأ كذلك
• قانون مور
• ديود
• مقحل حقلي موصول
• مقحل معدني مؤكسد
• مضخم عملياتي
• مقحل حقلي حساس للإشعاع
• عازل كهربائي هاي كي
• شبه موصل دخيل
• بوابة منطقية
• الدارات المنطقية
• منطقة انخفاض