Cos'è e come funziona un transistor MOS

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Introduzione

Avrete probabilmente sntito più volte parlare dei transistor MOS e altrettante volte vi sarete chiesti cos'è. Il transistor MOS o MOSFET, è l'elemento base della maggior parte dei sistemi elettronici digitali e di buona parte dei sistemi elettronici analogici. L'acronimo MOS significa letteralmente Metal-Oxide-Semiconductor e richiama la struttura sulla quale si basa il transistor. All'interno di questo articolo discuteremo della sua struttura e di come funziona.

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Cos'è un MOS

Il MOS è considerabile un dispositivo a 4 terminali: gate, source, drain e bulk. Osservando la figura è possibile vedere come il MOS sia costituito da una etero-giunzione del tipo: metallo-ossido-semiconduttore. È una sorta di condensatore a facce piane parallele, dove l'ossido funge da materiale dielettrico. Al di sopra dell'ossido, è presente un contatto metallico, tipicamente realizzato in polisilico, che funge da gate. Lateralmente, sono presenti due pozzetti fortemente drogati e rappresentano le regioni di source e drain. La parte rimanente è chiamata bulk (o substrato) e rappresenta il quarto terminale.

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Tipologie di transistor

Esistono due differenti tipologie di transistor, il p-MOS e l'n-MOS e sono distinguibili a seconda del tipo di materiale drogante utilizzato per la realizzazione del substrato. Tipicamente nei transistor realizzati su Silicio, per ottenere un dispositivo n-MOS si utilizza il Fosforo (P), mentre per ottenere un dispositivo p-MOS si utilizza il Boro (B). Durante il processo di conduzione, nel primo caso si sfrutterà una corrente di elettroni, mentre nel secondo caso una corrente di lacune. In base all'entità e al segno della VG applicata, il transistor n-MOS si troverà in tre diverse regioni di funzionamento: accumulo, svuotamento ed inversione di popolazione. In regione di accumulo ci si trova quando viene applicata una VG<0V e di conseguenza si genera un campo elettrico che spinge via gli elettroni, impedendo la formazione del canale di collegamento tra source e drain. Applicando una 0VDS, la differenza di potenziale drain-source, andando a modulare questo parametro e combinandolo con VG, è possibile individuare tre diverse situazioni di funzionamento.

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Come funziona

Per VDS>0V e VGVt, il dispositivo si accende e comincia a condurre corrente. Questa regione di funzionamento è chiamata regione lineare, poiché il MOS si comporta come una resistenza, ovvero, la corrente seguirà approssimativamente la relazione I=V/R. Una volta completata la formazione del canale mediante VG, per valori molto elevati di VDS si raggiunge la regione di saturazione. In questa regione, a causa dell'elevato campo elettrico lungo la direzione del canale, la corrente diverrà quasi del tutto indipendente dalla VDS, ma continuerà a dipendere quasi esclusivamente dalla VG.

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