تعد “MOSFETs” من بين أكثر أشكال الترانزستورات إنتشاراً بفضل تعدد استخداماتها واعتمادها على نطاق واسع، وهناك نوعان أساسيان من الترانزستورات الأول هو الترانزستور ثنائي القطب “BJT” والثاني هو ترانزستور تأثير المجال “FET”، و”MOSFETs” هي نوع من “FET” وعادةً ما تُستخدم “BJTs” للتيارات الكهربائية التي تقل عن أمبير واحد بينما تُستخدم “MOSFETs” عادةً للتطبيقات ذات التيار العالي.
ما هو ترانزستور MOSFET
ترانزستور “MOSFET”: هو أحد أشباه الموصلات الشائعة الاستخدام في الدوائر الرقمية والتماثلية وهو أيضاً جهاز طاقة مفيد، وباعتباره الترانزستور المدمج الأصلي فهو مناسب لمجموعة متنوعة من التطبيقات الكهربائية.
يمكن للمستخدمين الاختيار بين “MOSFETs” التي تتميز بأوضاع الاستنفاد أو التحسين، حيث يعمل وضع الاستنفاد بطريقة مشابهة للمفتاح المغلق مع تدفق التيار عند تطبيق جهد التشغيل، وإذا تم تطبيق جهد سلبي فسيتوقف التيار وعلى الجانب الآخر فإنّ وضع التحسين “MOSFETs” هو النوع الأكثر استخداماً للتطبيقات الحديثة.
كما أنّ العديد من التطورات التكنولوجية في القرن الحادي والعشرين لم تكن لتتحقق لولا “MOSFET” ويستخدم على نطاق واسع أكثر من “BJT”؛ لأنّه يتطلب الحد الأدنى من التيار للتحكم في تيار الحمل وكما يمكن زيادة مستوى الموصلية من حالة “الإيقاف العادي”، أي عندما يتم ضبط “MOSFET” على وضع التحسين.
يمكن أن يقلل الجهد المنقول عبر البوابة من الموصلية من حالة “التشغيل العادي”، حيث إنّ عملية تصغير الدوائر المتكاملة “MOSFET” بسيطة نسبياً ويمكن تصغيرها بشكل فعال للتطبيقات المدمجة، كما تشمل المزايا الإضافية لـ “MOSFET” التبديل السريع وخاصة فيما يتعلق بالإشارات الرقمية، والحد الأدنى من استهلاك الطاقة والسعة عالية الكثافة التي تجعلها مناسبة بشكل مثالي للتكامل على نطاق واسع.
تُعد “MOSFET” مكوناً أساسياً في الدائرة المتكاملة ويمكن تصميمها وتصنيعها في شريحة واحدة نظراً لحجمها الصغير، كما يتميز بأربع محطات طرفية وهي المصدر “S” والبوابة “G” والمنتج “D” والهيكل “B” وعادة ما يتم توصيل الجسم بالمصدر الطرفي بحيث تعمل “MOSFET” كترانزستور تأثير المجال.
- “MOSFET” هي اختصار لـ “metal–oxide–semiconductor field-effect transistor”.
- “BJT” هي اختصار لـ “Bipolar junction transistor”.
- “FET” هي اختصار لـ ” field-effect transistor”.
أنواع الترانزستورات MOSFET
1- منطق PMOS
- يسمح تكامل “MOSFET” بمستويات عالية من كفاءة الدائرة بالمقارنة مع “BJTs”.
- يمكن استخدام دوائر “MOSFET” ذات القناة P مع منطق “PMOS” لإنجاز الدوائر الرقمية والبوابات المنطقية.
ملاحظة: “PMOS” هي اختصار لـ “P-type Metal-Oxide-Semiconductor”.
2- منطق NMOS
منطق “NMOS”: هو منطق مشابه لـ “PMOS” مع استثناء أنّ “N-channel MOSFETs” يتم تطبيقها على البوابات المنطقية والدوائر الرقمية ذات الصلة، وكقاعدة عامة يمكن أن تكون “MOSFETs” ذات القناة N أصغر من الدوائر “MOSFET” ذات القناة P ممّا يجعلها أكثر جاذبية في مواقف معينة، ومع ذلك فإنّ منطق “NMOS” يستهلك الطاقة باستمرار بينما لا يستهلك منطق “PMOS”.
- “NMOS” هي اختصار لـ “N-type Metal-Oxide-Semiconductor”.
3- منطق CMOS
المنطق التكميلي لأشباه الموصلات المعدنية “CMOS”: هو تقنية تستخدم لإنتاج دوائر متكاملة ويتم عرض هذه الدوائر عبر مجموعة من المكونات الكهربائية ومن المعروف عنها توليد الطاقة الكهربائية كما يتم استخدام كل من دوائر “MOSFET” ذات القنوات P وN جنباً إلى جنب مع البوابات والمصارف المتصلة من أجل تقليل استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة الزائدة.
- “CMOS” هي اختصار لـ “complementary metal-oxide semiconductor”.
4- أجهزة وضع الاستنفاذ MOSFET
تُعد أجهزة “MOSFET” ذات وضع الاستنفاذ من بين الأنواع الأقل شيوعاً من “MOSFETs”، ولديهم مقاومة قناة منخفضة مع اعتبار القناة “تشغيل”، وعند ضبطها على حالة عدم وجود طاقة ستعمل هذه المفاتيح وفقاً لتصميمها وستكون مقاومة القناة خطية مع تشويه منخفض عبر نطاق اتساع الإشارة.
5- الترانزستور MISFET
الترانزستور “MISFETs”: هي ترانزستورات تأثير مجال أشباه الموصلات العازلة المعدنية ولكن عازل البوابة الجدلي المميز في هذا النوع من المكونات “CMOS” في “MOSFET”، ومع ذلك يمكن استخدام مواد بديلة ويتم وضع جدلية البوابة أسفل القطب الكهربائي للبوابة وفوق قناة “MISFET”.
- “MISFETs” هي اختصار لـ “metal–oxide–semiconductor field-effect transistor”.
6- الدوائر العائمة ذات البوابة العائمة FGMOS
تتميز البوابة العائمة “MOSFET” ببوابة معزولة إلكترونياً، وهذا له تأثير إنشاء عقدة عائمة في “DC” مع مجموعة من مدخلات البوابة الثانوية الموجودة فوق البوابة العائمة، ومن بين العديد من الاستخدامات الأخرى يتم اعتماد “FGMOS” عادةً كخلية ذاكرة بوابة عائمة.
- “FGMOS” هي اختصار لـ “floating-gate MOSFET”.
7- وحدات ترشيد الطاقة
هيكل الطاقة “MOSFET” عمودي وليس مستوي، وهذا يسمح للترانزستور بالحفاظ على جهد مانع عالي وتيار عالٍ في وقت واحد، كما يتوافق تصنيف جهد الترانزستور مباشرة مع المحفزات وسمك الطبقة العلوية “N”، حيث يكون التصنيف الحالي نتيجة لعرض القناة.
يوجد أيضاً ارتباط مباشر بين منطقة المكون ومستوى التيار الذي يمكن أن يستمر بواسطة هذا النوع من الأجهزة، كما يسمح “MOSFET” القوي بوظيفة محرك البوابة المنخفضة وسرعة الانتقال السريع وقدرات الموازاة المتطورة.
8- DMOS
تأتي “DMOS” في أصناف جانبية وعمودية ويتم إنشاء غالبية دوائر “MOSFET” للطاقة باستخدام هذا النوع من التكنولوجيا.
- “DMOS” هي اختصار لـ “Divfusion Metal Oxide Semiconductor”.
9- مكثفات MOS
هذا النوع من المكثفات له هيكل “MOSFET” مع مكثف “MOS” محاط بتقاطعات “PN” المزدوجة، كما يتم استخدامه عادةً كمكثف تخزين لشريحة الذاكرة، ودعم للجهاز المقترن بالشحن “CCD” في تقنية مستشعر الصورة.
10- شرائح الترانزستور الرقيقة TFT
شرائح الترانزستور الرقيقة “TFT”: هو نوع فريد من الترانزستور ذي الأغشية الرقيقة “MOSFET” حيث يتضمن إنشاء هذا التنوع شرائح الترانزستور الرقيقة من أشباه الموصلات، جنباً إلى جنب مع طبقة جدلية واتصالات معدنية فوق ركيزة داعمة، كما يمكن استخدام مجموعة من مواد أشباه الموصلات مع كون السيليكون أحد الأصناف الشائعة، ويمكن صنعها لتكون شفافة تماماً وتستخدم في تصنيع لوحات عرض الفيديو.
- “TFT” هي اختصار لـ “Thin Film Transistor”.
11- الترانزستورات ثنائية القطب MOS
الترانزستورات ثنائية القطب “BiCMOS”: هو عبارة عن دائرة متكاملة تتميز بترانزستورات “BJT” و”CMOS” على شريحة واحدة، والترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة “IGBT” له وظائف مماثلة لـ “MOSFET” والترانزستور ثنائي القطب “BJT”.
12- مجسات MOS
تم تحسين مجموعة من مستشعرات “MOS” لقياس المتغيرات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية والبيئية بدقة، كما تتضمن الأمثلة “OGFET” مفتوح البوابة والترانزستور ذو الفعالية الميدانية الحساس للأيونات “ISFET” ومستشعر الغاز “FET” وترانزستور تدفق الشحن “CFT” و”FET” المعدل بالإنزيم، وكما تتضمن المستشعرات المستخدمة بشكل شائع للتصوير الرقمي الجهاز المشحون الثنائي “CCD” ومستشعر البكسل النشط أي مستشعر “CMOS”.
- “OGFET” هي اختصار لـ “open gate field-effect transistor”.
13- ترانزستورات تأثير المجال متعدد البوابات
تتميز “MOSFET” ذات البوابة المزدوجة ببنية رباعية الاتجاه، حيث يتم التحكم في مستوى التيار بواسطة البوابتين، كما يتم استخدامه عادةً للأجهزة ذات الإشارات الصغيرة في تطبيقات التردد اللاسلكي التي تتطلب تقليل فقد الكسب المرتبط بتأثير ميلر، ويحدث هذا التأثير عندما يتم استبدال الترانزستورات المنفصلة في تكوين “cascode”.
14- الترانزستور RHBD
من المعروف جداً استعمال الترانزستور المغلق “ELT” لإنشاء إشعاع محفز بواسطة جهاز التصميم “RHBD”، وتحيط بوابة “MOSFET” عادةً بالمخرج الذي يقع بالقرب من مركز “ELT” ومصدر “MOSFET” يحيط البوابة في هذه الحالة، والبوابة H هي نوع آخر من “MOSFET” الذي يضمن الحد الأدنى من تسرب الإشعاع.
- “RHBD” هي اختصار لـ “Radiation Hardening by Design”.
