MOSFET: differenze tra le versioni

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[[File:D2PAK.JPG|thumb|upright=1.1|Due MOSFET di potenza]]

Il '''MOSFET''' (acronimo del termine [[lingua inglese|inglese]] '''''m'''etal-'''o'''xide-'''s'''emiconductor '''f'''ield-'''e'''ffect '''t'''ransistor'', ovvero '''transistore a semiconduttore di ossido di metallo a effetto di campo'''), scritto anche '''MOS-FET''' o '''MOS FET''' e spesso conosciuto come '''transistore MOS''', in elettronica indica unaun tipologiatipo di [[transistor a effetto di campo]] largamente usatausato nel campo dell'[[elettronica digitale]], ma diffusa anche nell'[[elettronica analogica]]. È detto anche '''IGFET''' (''insulated-gate field-effect'', FET a gate isolato).<ref>{{Cita|Sedra-Smith, 2004|p. 356}}.</ref>

Il principio di funzionamento del transistor ad effetto di campo è stato ideato da [[Julius Edgar Lilienfeld|Lilienfeld]] nel [[1925]], mentre il primo MOSFET fu realizzato da [[Dawon Kahng|Kahng]] e [[Martin Atalla|Atalla]] nel [[1959]] presso i [[Bell Laboratories]].<ref>{{cita web|url=http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-MOS.html|titolo=Computer History - 1960 - Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated|accesso=4 dicembre 2010}}</ref>

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* Con la riduzione delle dimensioni dei transistor, la riduzione dello spessore dell'ossido di ''gate'' rende non più trascurabile lo spessore della regione svuotata sul polisilicio, ciò porta a dover considerare uno spessore di ossido equivalente. Questo genera ripercussioni sulle tensioni di soglia e sulle correnti di ''drain'' che, in generale, contribuiscono ad una riduzione delle performance del dispositivo.

* L'aumento del drogaggio del polisilicio volto a ridurne la resistività e la profondità di svuotamento crea problemi di contaminazione dell'ossido, oltre al fatto che il silicio fortemente drogato presenta una scarsa mobilità per [[elettrone|elettroni]] e [[Lacuna (fisica)|lacune]].

Si sono di conseguenza cercati processi tecnologici che permettono di mantenere l'allineamento del ''gate'' con ''drain'' e ''source'' e che utilizzanousano metallo al posto del polisilicio. Una delle tecniche più avanzate per ottenere MOS con tecnologia ''metal gate'' è il processo ''damascene'', che prevede la costruzione di un ''gate'' fittizio in polisilicio e la sua successiva rimozione per far posto al vero ''gate'' metallico, solitamente di alluminio o [[tungsteno]]. Uno strato di [[nitruro di titanio]] viene interposto tra ''gate'' metallico e ossido (quest'ultimo viene ricreato quando si rimuove il ''gate'' in polisilicio) sia per evitare che il metallo contamini l'ossido, sia per migliorarne l'adesione.

==Funzionamento==

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=== CMOS ===

{{vedi anche|CMOS}}

La tecnologia CMOS, acronimo di ''complementary metal-oxide semiconductor'', è utilizzatausata per la progettazione di [[circuito integrato|circuiti integrati]], alla cui base sta l'uso dell'[[invertitore]] a MOSFET.<ref>[http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1963-CMOS.html Computer History Museum - The Silicon Engine | 1963 - Complementary MOS Circuit Configuration is Invented]</ref> Si tratta di una struttura circuitale costituita dalla serie di una rete di "Pull-Up" ed una di "Pull-Down": la prima s'incarica di replicare correttamente il livello logico alto '''LL1''' mentre alla seconda è destinata la gestione del livello logico basso '''LL0'''. La rete di Pull-Up è costituita di soli pMOSFET, che si accendono solo se la tensione presente al gate, misurata rispetto al source, è minore della tensione di soglia, che per questi particolari componenti equivale a metà tensione di alimentazione. Inversamente la rete di Pull-Down è costituita di soli nMOSFET, che si accendono solo se la tensione presente al gate è maggiore della tensione di soglia.

A partire dall'invertitore si costruiscono le [[porta logica|porte logiche]] e quindi i [[circuito integrato|circuiti integrati]].

Con la necessità di raggiungere velocità di commutazione sempre maggiori e l'avvento della [[VLSI]] laalla logica CMOS hasono vistostate un ridimensionamento del proprio utilizzo a favore dipreferite logiche incomplete quali la [[Pass Transistor]] e la [[logica Domino]].

== Impiego analogico ==

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Anche la possibilità di dimensionare il transistor a seconda delle esigenze di progettazione è un vantaggio rispetto all'uso dei bipolari, le cui dimensioni non influenzano notevolmente le caratteristiche di trasferimento.

I MOSFET sono anche utilizzatiusati nei circuiti analogici come interruttori, e, in regione lineare, come [[resistore|resistori]] di precisione. In circuiti ad alta potenza, inoltre, sono sfruttati per la loro resistenza alle alte temperature.

== Miniaturizzazione ==

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Oltretutto, il modello EKV è in grado di simulare molti degli effetti che intervengono nel funzionamento dei circuiti integrati in tecnologia [[CMOS]] con dimensioni dei transistor inferiori al [[micrometro (unità di misura)|micron]] ''(submicrometrici)''.

== Tipologie particolariTipi di MOSFET ==

=== MOSFET a svuotamento ===

Il MOSFET tradizionale viene detto "ad arricchimento", o ''enhancement'', a distinzione dei dispositivi "a svuotamento", o ''depletion'', cioè MOSFET drogati in modo che il canale esista anche se non è applicata alcuna tensione. Quando si applica una tensione al gate il canale si svuota, riducendo il flusso di corrente attraverso il transistor. In sostanza un MOSFET a svuotamento si comporta come un interruttore normalmente chiuso, mentre una MOSFET ad arricchimento si comporta come un interruttore normalmente aperto.

Tali transistor, in struttura a [[tetrodo]], si utilizzanousano negli stadi amplificatori e mixer RF per diversi dispositivi, in particolare [[televisore|televisori]], grazie alla caratteristica di avere un alto rapporto guadagno-capacità ed un basso rumore in banda RF, pur avendo un punto di ginocchio ''1/f'' tanto alto da pregiudicarne l'uso come oscillatore.

Tra i mosfet depletion più diffusi vi sono le famiglie BF 960 [[Siemens (azienda)|Siemens]] e BF 980 [[Philips]], datate [[1980]], i cui discendenti sono tuttora i componenti più diffusi nei gruppi di [[sintonia]].

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=== MOSFET Dual-Gate ===

[[File:Dual-Gate MOSFET.jpg|miniatura|Struttura verticale di un Dual-Gate MOSFET a svuotamento a canale N]]

I MOSFET Dual-Gate sono dei Mosfet la cui struttura è doppia, vale a dire che sullo stesso chip sono stati integrati due dispositivi singoli collegati in [[circuiti in serie e in parallelo|serie]]: ciò porta alla possibilità di essere utilizzatiusati nella configurazione [[cascode]], nota per essere un vantaggiosissimo circuito di amplificazione di piccoli segnali in alta frequenza.

I terminali disponibili esternamente sono solo quattro (drain, source, gate1 e gate 2) anziché sei, poiché due di essi sono già collegati internamente e questo facilita di molto il compito del progettista che utilizzeràadopererà il componente. La diffusione dei MOSFET Dual-Gate era già iniziata verso la metà degli anni ’70; ora i modelli reperibili più facilmente si trovano tra le serie giapponese 3SKxxx, americana 3Nxxx ed europea BF9xx.

== Note ==