Isoleeritud paisuga väljatransistor
MOSFET tähistab metall-oksiid-pooljuhtväljatransistorit (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor). Transistorid on väikesed elektrilised seadmed, mida kasutatakse muu hulgas äratuskellades, kalkulaatorites ja, mis on ehk kõige tuntum, arvutites; need on moodsa elektroonika kõige põhilisemad ehitusplokid. Mõned MOSFETid võimendavad või töötlevad analoogsignaale. Enamik neist kasutatakse digitaalelektroonikas.
MOSFETid toimivad nagu elektriventiilid. Neil on üks sisendühendus ("värav"), mida kasutatakse elektrivoolu juhtimiseks kahe teise ühenduse ("allikas" ja "äravool") vahel. Teisisõnu, värav toimib lülitina, mis kontrollib kahte väljundit. Mõelge timmitavale valguslülitile: nupp ise valib "ON", "OFF" või midagi vahepealset, kontrollides valguse heledust. Mõelge valguslüliti asemel MOSFETile: lüliti ise on "värav", "allikas" on majja sisenev vool ja "äravool" on lambipirn.
Nimi MOSFET kirjeldab transistori struktuuri ja funktsiooni. MOS viitab asjaolule, et MOSFET on ehitatud metalli (värav) ja oksiidi (isolaator, mis takistab elektrivoolu) pooljuhtide (allikas ja äravool) kihistamisel. FET kirjeldab värava mõju pooljuhile. Väravasse saadetakse elektriline signaal, mis tekitab elektrivälja, mis muudab ühendust "allika" ja "äravoolu" vahel.
Peaaegu kõiki MOSFETe kasutatakse integraallülitustes. Alates 2008. aastast on võimalik ühele integraallülitusele mahutada 2 000 000 000 transistorit. Aastal 1970 oli see arv umbes 2 000.
Individuaalselt pakendatud MOSFETid
Teooria
MOSFETide valmistamiseks pooljuhtidel on palju erinevaid viise. Kõige lihtsam meetod on näidatud käesoleva teksti paremal pool asuval joonisel. Sinine osa tähistab P-tüüpi räni, punane osa aga N-tüüpi räni. Nende kahe tüübi ristumine moodustab dioodi. Ränipooljuhtides on omapära, mida nimetatakse "ammendumispiirkonnaks". Kui legeeritud räni üks osa on legeeritud N-tüüpi ja teine osa on legeeritud P-tüüpi, tekib nende kahe ristumiskohas loomulikult ammendumispiirkond. See on tingitud nende aktseptoritest ja doonoritest. P-tüüpi ränil on aktseptorid, mida nimetatakse ka aukudeks, mis tõmbavad elektronid enda poole. N-tüüpi ränil on doonorid ehk elektronid, mis tõmbavad ligi auke. Nende kahe piiril täidavad N-tüüpi elektronid P-tüüpi augud. Selle tulemusel muutuvad akseptorid ehk P-tüüpi aatomid negatiivselt laetud ja kuna negatiivsed laengud tõmbavad positiivseid laenguid, voolavad akseptorid ehk augud "ristumiskoha" suunas. N-tüüpi poolel on positiivne laeng, mille tulemusel voolavad doonorid ehk elektronid "ristmiku" suunas. Kui nad sinna jõuavad, tõrjub neid negatiivne laeng teisel pool ristmikku, sest samasugused laengud tõrjuvad. Sama juhtub ka P-tüüpi poolel, doonorid ehk augud tõrjutakse N-tüüpi poolel oleva positiivse ala poolt. Nende kahe vahel ei saa voolata elektrit, kuna elektronid ei saa liikuda teisele poole.
MOSFETid kasutavad seda ära. MOSFETi "keha" toidetakse negatiivselt, mis laiendab tühjenemisala, kuna augud täidetakse uute elektronidega, nii et N-poolel olevatele elektronidele vastupidine jõud muutub palju suuremaks. MOSFETi "allikas" saab negatiivse voolu, mis kahandab N-tüüpi tühjenemistsooni täielikult, kuna seal on piisavalt elektrone, et täita positiivne tühjenemistsoon. "Drain" on positiivse toitega. Kui "Gate" on varustatud positiivse toitega, teeb see väikese elektromagnetvälja, mis eemaldab kahanemistsooni otse värava all, kuna tekib aukude "pihustus", mis teeb midagi, mida nimetatakse "N-kanaliks". N-kanal on ajutine piirkond P-tüüpi räni piirkonnas, kus ei ole ammendumistsooni. Positiivne elektriväli neutraliseerib kõik varuelektronid, mis moodustavad ammendumistsooni. Allikapiirkonna elektronidel on siis vaba tee liikuda "Drainisse", mis paneks elektri voolama allikast äravoolu.
Lihtsa MOSFETi skeem
Küsimused ja vastused
K: Mis on MOSFET?
V: MOSFET on metalloksiid-pooljuhtväljatransistor, mis on elektrooniline komponent, mis toimib elektriliselt juhitava lülitina.
K: Milleks kasutatakse transistoreid?
V: Transistorid on väikesed elektrilised seadmed, mida kasutatakse raadiotes, kalkulaatorites ja arvutites; need on moodsate elektroonikasüsteemide kõige põhilisemad ehitusplokid.
K: Kuidas töötab MOSFET?
V: MOSFET toimib nagu elektriklapp. Sellel on üks sisendühendus ("värav"), mida kasutatakse elektrivoolu juhtimiseks kahe teise ühenduse ("allikas" ja "äravool") vahel. Värav toimib lülitina, mis kontrollib kahte väljundit.
K: Mida tähendab nimetus "MOSFET"?
V: Nimi MOSFET kirjeldab transistori struktuuri ja funktsiooni. MOS viitab sellele, et see on ehitatud metalli (värav) ja oksiidi (isolaator, mis takistab elektrivoolu) kihistamisel pooljuhtide (allikas ja äravool) peale. "FET" kirjeldab värava mõju pooljuhile.
K: Kus kasutatakse peaaegu kõiki MOSFETSe?
V: Peaaegu kõiki MOSFETSe kasutatakse integraallülitustes.
K: Kui palju transistoreid mahub tänapäeval integraallülitusele võrreldes 1970. aastaga?
V: 2008. aasta seisuga on võimalik ühele integraallülitusele mahutada 2 000 000 000 transistorit, samas kui 1970. aastal mahtus ühele integraallülitusele umbes 2 000 transistorit.
