MOSFET

עדכון: 9 בדצמבר 2023

המתכת - תחמוצת -סמיקונדקטור טרנזיסטור אפקט שדה (mosfet, MOS-FET או MOS FET), הידוע גם כטרנזיסטור מתכת-אוקסיד-סיליקון (MOS טרנזיסטור, או MOS), הוא סוג של טרנזיסטור אפקט שדה עם שער מבודד המיוצר על ידי חמצון מבוקר של מוליכים למחצה, בדרך כלל סיליקון. המתח של השער המכוסה קובע את המוליכות החשמלית של המכשיר; יכולת זו לשנות מוליכות עם כמות המתח המופעל יכולה לשמש להגברה או מיתוג אותות אלקטרוניים.

המוספט הומצא על ידי מוחמד מ. אטאלה ודוון קאהנג ב-Bell Labs בשנת 1959, והוצג לראשונה בשנת 1960. זהו אבן הבניין הבסיסית של האלקטרוניקה המודרנית, והמכשיר המיוצר בתדירות גבוהה בהיסטוריה, עם סה"כ מוערך של 13 סקסטיליון (1.3×1022) מוספטים שיוצרו בין 1960 ל-2018. זהו התקן המוליכים למחצה הדומיננטי במעגלים משולבים דיגיטליים ואנלוגיים (ICs), והתקן הכוח הנפוץ ביותר. זהו טרנזיסטור קומפקטי שעבר ממוזער וייצור המוני עבור מגוון רחב של יישומים, חולל מהפכה בתעשיית האלקטרוניקה והכלכלה העולמית, ומהווה מרכזי במהפכה הדיגיטלית, עידן הסיליקון ועידן המידע. קנה המידה והמזעור של MOSFET הניעו את הצמיחה האקספוננציאלית המהירה של מוליכים למחצה אלקטרוניים טֶכנוֹלוֹגִיָה מאז שנות ה-1960, ומאפשר ICs בצפיפות גבוהה כגון שבבי זיכרון ומיקרו-מעבדים. ה-MOSFET נחשב ל"סוס העבודה" של תעשיית האלקטרוניקה.

יתרון מרכזי של MOSFET הוא שהוא לא דורש כמעט זרם כניסה כדי לשלוט בזרם העומס, בהשוואה לטרנזיסטורי צומת דו-קוטביים (BJT). במצב שיפור MOSFET, מתח המופעל על מסוף השער יכול להגביר את המוליכות ממצב "כבוי בדרך כלל". במצב דלדול MOSFET, מתח המופעל בשער יכול להפחית את המוליכות ממצב "מופעל בדרך כלל". Mosfets מסוגלים גם להרחיב גבוהה, עם מזעור הולך וגובר, וניתן להקטין אותם בקלות למימדים קטנים יותר. יש להם גם מהירות מיתוג מהירה יותר (אידיאלית לאותות דיגיטליים), גודל קטן בהרבה, צורכים פחות חשמל באופן משמעותי ומאפשרים צפיפות גבוהה בהרבה (אידיאלי לאינטגרציה בקנה מידה גדול), בהשוואה ל-BJTs. MOSFETs הם גם זולים יותר ויש להם שלבי עיבוד פשוטים יחסית, וכתוצאה מכך תפוקת ייצור גבוהה.

ניתן לייצר MOSFET כחלק משבבי מעגל משולב MOS או כמכשירי MOSFET נפרדים (כגון MOSFET כוח), ויכולים ללבוש צורה של טרנזיסטורים בעלי שער יחיד או רב שער. מכיוון שניתן לבצע MOSFET באמצעות מוליכים למחצה מסוג p או מסוג n (לוגיקה של PMOS או NMOS, בהתאמה), ניתן להשתמש בזוגות משלימים של MOSFET ליצירת מעגלי מיתוג עם צריכת חשמל נמוכה מאוד: הגיון של CMOS (MOS משלים).

השם "מתכת-תחמוצת-מוליך למחצה" (MOS) מתייחס בדרך כלל לשער מתכת, בידוד תחמוצת ומוליך למחצה (בדרך כלל סיליקון). עם זאת, ה"מתכת" בשם MOSFET היא לפעמים כינוי שגוי, מכיוון שחומר השער יכול להיות גם שכבה של פוליסיליקון (סיליקון רב גבישי). יחד עם תחמוצת, ניתן להשתמש גם בחומרים דיאלקטריים שונים במטרה להשיג תעלות חזקות עם מתחים מופעלים קטנים יותר. MOS קבל הוא גם חלק ממבנה MOSFET.