تعریف ترانزیستور ماسفت

تعریف ترانزیستور ماسفت:
نوع دیگری از ترانزیستورهای اثر میدان وجود دارد که ورودی گیت آن ها، از نظر الکتریکی نسبت به کانال حامل جریان عایق شده است و به همین دلیل، ترانزیستور اثر میدان با گیت ایزوله شده (Insulated Gate Field Effect Transistor) یا IGDET نامیده می شود.

متداول ترین FET با گیت ایزوله شده که در کاربردهای مختلفی به کار می رود، ترانزیستور اثر میدانی نیمه رسانای اکسید فلز یا ماسفت (MOSFET) است.

IGFET یا MOSFET یک ترانزیستور اثر میدان کنترل شده با ولتاژ است که با JFET تفاوت دارد و این تفاوت، یک الکترود گیت «اکسید فلز» است که از نظر الکتریکی نسبت به نیمه هادی اصلی کانال N یا کانال P با یک لایه بسیار نازک از ماده عایق کننده (معمولاً اکسید سیلیکون) جدا شده است.

این الکترود گیت فلز ایزوله شده بسیار نازک را می توان به عنوان یک صفحه خازن در نظر گرفت. ایزولاسیون گیت کنترل سبب می شود مقاومت ورودی ماسفت بسیار بزرگ و در محدوده مگااهم باشد.

از آن جایی که ترمینال گیت از نظر الکتریکی از کانال اصلی گذر جریان بین درین و سورس جدا است، مانند JFET هیچ جریانی از گیت عبور نمی کند و ماسفت نیز مانند یک مقاومت کنترل شده با ولتاژ عمل می کند که در آن، جریان گذرنده از کانال اصلی، متناسب با ولتاژ ورودی است.

همچنین، مشابه JFET، ماسفت ها نیز مقاومت ورودی بسیار بزرگی دارند و می توانند به سادگی مقادیر زیادی از بار استاتیکی را جمع کنند.

بنابراین، اگر ماسفت به دقت محافظت نشود یا به درستی مورد استفاده قرار نگیرد، آسیب خواهد دید.

ماسفت ها قطعاتی با سه ترمینالِ گیت (Gate)، درین (Drain) و سورس (Source) هستند. این قطعات در انواع ماسفت کانال P یا PMOS و ماسفت کانال N یا NMOS و به دو فرم اساسی زیر در دسترس هستند:

نوع کاهشی یا تخلیه ای (Depletion-mode MOSFET):
برای خاموش (OFF) کردن ترانزیستور، باید ولتاژ گیت-سورس (VGS) را به آن اعمال کرد. ماسفت مد کاهشی، معادل با یک سوئیچ یا کلید «در حالت عادی بسته» (Normally Closed) است.

نوع افزایشی (Enhancement-mode MOSFET):
در این نوع، برای روشن (ON) کردن ترانزیستور، باید ولتاژ گیت-سورس (VGS) را به آن اعمال کرد. ماسفت مد افزایشی، معادل با یک سوئیچ یا کلید «در حالت عادی باز» (Normally Open) است.

نمادها و ساختارهای پایه هر دو پیکربندی ماسفت ها در شکل زیر نشان داده شده است.

چهار نماد ماسفت بالا، یک ترمینال اضافه دارند که سابستریت (Substrate) یا پولک نامیده می شود و معمولاً به عنوان یک اتصال ورودی یا خروجی مورد استفاده قرار نمی گیرد، اما برای زمین کردن به کار می رود. این ترمینال، از طریق دیود به کانال نیمه رسانایی به بدنه (Body) یا ورقه فلزی ماسفت متصل شده است.

معمولاً برای ماسفت های گسسته (Discrete)، این سابستریت با ترمینال سورس اتصال درونی دارد. خط بین اتصالات درین و سورس در نماد ماسفت، کانال نیمه رسانایی ترانزیستور را نشان می دهد.

اگر این خط ممتد باشد، یک ماسفت کاهشی (در حالت عادی ON) را نشان می دهد که با پتانسیل بایاس گیت صفر، جریان درین می تواند از آن عبور کند.

اگر خط درین-سورس منقطع باشد، نمایان گر یک ماسفت افزایشی (در حالت عادی OFF) است که با وجود پتانسیل گیت صفر، جریان درین نیز برابر با صفر است. جهت پیکان، نوع P یا نوع N بودن کانال هدایت را مشخص می کند.

ساختار FET نیمه هادی اکسید فلز، بسیار متفاوت از FET پیوندی است. در هر دو نوع ماسفت افزایشی و کاهشی، میدان الکتریکی ولتاژ گیت را برای جریان یافتن حامل های بار (الکترون ها برای کانال n و حفره ها برای کانال p) در کانال درین-سورس ایجاد می کند.

الکترود گیت، روی یک لایه عایق بسیار نازک قرار می گیرد و یک جفت ناحیه نوع n کوچک در زیر الکترودهای درین و سورس قرار دارد.

در آموزش های قبل دیدیم که گیت یک JFET را باید به گونه ای بایاس کنیم که پیوند PN بایاس معکوس شود. در یک ماسفت با گیت ایزوله شده، دیگر محدودیتی وجود ندارد و گیت می تواند هر پلاریته ای داشته باشد.

این موضوع، ماسفت را مخصوصاً به عنوان یک سوئیچ یا کلید یا برای ساختن گیت های منطقی ارزشمند می کند؛ زیرا در حالت عادی، ماسفت ها بدون بایاس هدایت نمی کنند.

مقاومت گیت ورودی بالای ماسفت ها به این معنی است که به اندازه کمی (یا مقدار صفر) جریان گیت نیاز دارند؛ زیرا ماسفت ها قطعاتی هستند که با ولتاژ کنترل می شوند.

هر دو نوع ماسفت کانال N و کانال P، به دو شکل اصلی افزایشی و کاهشی در دسترس هستند.