|
[[File:MOSFET Structure.png|thumb|ماسفت شامل پایه‌های گیت(G)، درین(D)، سورس(S) و بدنه(B)]]
'''ماسفت''' یا '''ترانزیستور اثر میدانی نیمه‌رسانا-اکسید-فلز''' {{به انگلیسی|metal–oxide–semiconductor field-effect transistor ٫ '''MOSFET''' }} معروف‌ترین ترانزیستور اثر میدان در مدارهای آنالوگ و دیجیتال است. این گونه از [[ترانزیستور اثر میدان]] نخستین بار در سال ۱۹۲۵ میلادی معرفی شد. در آن هنگام، ساخت و به کارگیری این ترانزیستورها، به سبب نبود علم و ابزار و امکان، با دشواری همراه بود و از همین روی، برای پنج دهه فراموش شدند و از میدانِ پیشرفت‌های الکترونیک بر کنار ماندند. در آغازِ دههٔ 70،۷۰، بارِ دیگر نگاه‌ها به MOSFETها افتاد و برای ساختنِ [[مدارهای مجتمع]] به کار گرفته شدند.
در ترانزیستور اثرِ میدان ('''FET''') چنان کهچنان‌که از نام اش پیداست، پایهٔ کنترلی، جریانی مصرف نمی‌کند و تنها با اعمال ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه رسانا، جریان عبوری از FET کنترل می‌شود. از همین روی ورودی این مدار هیچ اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی‌گذارد و [[امپدانس الکتریکی|امپدانس]] بسیار بالایی دارد. عمده تفاوت ماسفت با ترانزیستور JFET در این است که گیت ترانزیستورهای ماسفت توسط لایه‌ای از [[سیلیسیم دی‌اکسید|اکسید سیلیسیم]] (SiO<sub>2</sub>) از کانال مجزا شده است. به این دلیل به ماسفتها فِت با گیت مجزا {{به انگلیسی|IGFET،IGFET, Insulated Gate FET}} نیز گفته می‌شود.<ref>{{پک|Sedra |۱۳۸۸|ک=کتاب لکترونیک مدار-طراحی-کاربرد|ص=۳۰۶}}</ref>
[[مدارهای مجتمع]] بر پایهٔ فناوری ترانزیستورهای اثرِ میدانِ MOS را می‌توان بسیار ریزتر و ساده‌تر از مدارهای مجتمع بر پایهٔ ترانزیستورهای دوقطبی ساخت، بی آن که (حتی در مدارها و تابع‌های پیچیده و مقیاس‌های بزرگ) نیازی به [[مقاومت]]، [[دیود]] یا دیگر قطعه‌های الکترونیکی داشته باشند.<ref>{{پک|Floyd|۱۳۸۶|ک=مدارهای میکروالکترونیک|ص=۱۹۵}}</ref> همین ویژگی، تولیدِ انبوهِ آنها را آسان می‌کند، چندان که هم اکنون بیشتر از ۸۵ درصدِ مدارهای مجتمع، بر پایهٔ فناوریِ MOS طراحی و ساخته می‌شوند.
== تاریخچه ==
اصل اساسی این نوع ترانزیستور برای اولین بار توسط جولیوس ادگار Lilienfeld در سال ۱۹۲۵به ثبت رسید. بیست و پنج سال بعد، هنگامی که اقدام به ثبت اختراع ترانزیستور اتصال کرد، آنها دریافتند Lilienfeld در حال حاضر برگزاری یک ثبت اختراع که در راه است که می‌تواند شامل تمام انواع ترانزیستورهاشود. آزمایشگاههایآزمایشگاه‌های بل قادر به کار کردن توافق با Lilienfeld، کسی که هنوز زنده بود بودند (که معلوم نیست آنها به او پول پرداخت کردند و یا نه). که در آن زمان به نسخه آزمایشگاههایآزمایشگاه‌های بل ترانزیستور اتصال دو قطبی، و یااتصال به سادگی ترانزیستور (simply junction transistor) نام داده شد، و طراحی Lilienfeld نام ترانزیستور اثر میدانی بر گرفت.
در سال ۱۹۵۹، Dawon Kahng و مارتین M.Atalla در آزمایشگاههایآزمایشگاه‌های بل، فلز اکسید نیمه هادی ترانزیستور اثر میدانی (MOSFET) به عنوان شاخه‌ای به طراحی FET اختراع شد.
عملکرد و ساختارهای مختلف از اتصال دو قطبی ترانزیستور، MOSFET با قرار دادن یک لایه عایق در سطح نیمه هادی و سپس با قرار دادن یک الکترود گیت فلزی که در آن ساخته شده بود. این سیلیکون کریستالی نیمه هادی است و از لایه‌ای از دی اکسید سیلیکون اکسیده حرارتی برای عایق استفاده می‌شود. MOSFET سیلیکون تله الکترونی موضعی در رابط بین لایه سیلیکون و اکسید آن، بومی تولید نیست، و در نتیجه ذاتاذاتاً عاری از تجملات و تزئینات و پراکندگی از حامل‌های که مانع عملکرد ترانزیستورهای اثر میدانی زودتر بود. پس از توسعه اتاق تمیز به منظور کاهش آلودگی به سطوح پیش از این فکر لازم است، و و فرایند دو وجهی اجازه می‌دهد تا مدارات را در مراحل بسیار کمی ساخته شده باشد، این نوع سیستم SiO2 دارای جاذبه‌های فنی به عنوان هزینه پایین تولید (بر اساس هر مدار) و سهولت یکپارچه سازی است. علاوه بر این، با استفاده از روش اتصال دو MOSFETهای مکمل (P-کانال و N-کانال) را به یکی از سوئیچ بالا / پایین، شناخته شده به عنوان CMOS، این بدان معنی است که مدارهای دیجیتالی پاشیدن قدرت بسیار کمی به جز زمانی که در واقع روشن است. عمدتاعمدتاً به دلیل این سه عامل، MOSFET تبدیل شده است با توجه به نوع ترانزیستور به طور گسترده‌ای مورد استفاده در مدارات مجتمع است.
== مدارهای CMOS ==
MOSFET در مکمل‌های دیجیتال، نیمه هادی اکسید فلزی (CMOS) منطق مورد استفاده قرار می‌گیرد، که به عنوان بلوک‌های ساختمانی با استفاده از p-و ماسفت کانال N-است. بیش از حد یک نگرانی عمده‌ای را در مدارهای مجتمع است، از ترانزیستورهای بیشتری را در تراشه‌های کوچکتر بسته بندیبسته‌بندی شده است. CMOS منطق مصرف برق را کاهش می‌دهد، زیرا هیچ جریان (ایده آلایده‌آل)، و در نتیجه هیچ قدرت مصرف می‌شود، به جز زمانی که ورودی به گیت‌های منطقی در حال تغییر است. CMOS انجام این کاهش در حال حاضر با تکمیل هر nMOSFET با یک pMOSFET و اتصال هر دو گیت و هر دو درین با هم است. یک ولتاژ بالا بر روی دروازه باعث خواهد شد nMOSFET برای انجام و pMOSFET به انجام و ولتاژ پایین بر روی دروازه باعث معکوس. در طول زمان سوئیچینگ ولتاژ از یک کشور به کشور دیگر می‌رود، هر دو ماسفت به طور خلاصه انجام خواهد شد. این ترتیب تا حد زیادی مصرف برق و تولید گرما را کاهش می‌دهد. برنامه‌های کاربردی CMOS دیجیتال و آنالوگ در زیر توضیح داده شده است.
=== دیجیتال ===
رشد فن آوری‌های دیجیتال انگیزه پیشبرد تکنولوژی MOSFET را بیش از هر نوع دیگری از ترانزیستور پایه سیلیکون فراهم کرده است. یک مزیت بزرگ ماسفت برای سوئیچینگ دیجیتال این است که لایهٔ اکسید بین گیت و کانال مانع از شارش جریان DC از طریق گیت می شودمی‌شود و همچنین اتلاف توان را می کاهدمی‌کاهد و امپدانس ورودی بسیار بالا را ایجاد می کندمی‌کند. اکسید عایق بین گیت و کانال، ماسفتی را که در یک مرحله منطقی است به طور مؤثر از مراحل قبل و بعد خود جدا می کند،می‌کند، این قابلیت اجازه می‌دهد تا خروجی یک ماسفت بتواند ورودی تعداد قابل توجهی از ماسفت هاماسفت‌ها باشد. واضح است که این ویژگی چقدر کار طراحان را آسان می سازدمی‌سازد تا از بعضی محدودیت هامحدودیت‌ها صرف نظر نمایند. این حد با فرکانس عامل تعریف می‌شود: هر چه فرکانس افزایش یابد، امپدانس ورودی ماسفتها کاهش می‌یابد.
=== آنالوگ ===
مزایای MOSFET در مدارهای دیجیتال را نباید به عنوان برتری در تمام مدارهای آنالوگ تفسیر نمود. دو نوع مدار بر اساس ویژگیهای مختلف ترانزیستور رفتار می‌کنند است. مدارات دیجیتال سوئیچ، صرف بیشتر وقت خود را خارج از منطقه تعویض، در حالی که مدارهای آنالوگ بر رفتار MOSFET دقیقادقیقاً در منطقه سوئیچینگ از عملیات برگزار می‌شود بستگی دارد. اتصال ترانزیستور دو قطبی (BJT) به طور سنتی ترانزیستور طراح آنالوگ از انتخاب، به دلیل آن transconductance بالا و پایین امپدانس خروجی (تخلیه ولتاژ استقلال) در منطقه تعویض.
با این وجود، ماسفتها به طور گسترده‌ای در بسیاری از انواع مدارات آنالوگ به دلیل مزایای خاصی استفاده می‌شود. عملکرد و ویژگیهای بسیاری از مدارهای آنالوگ را می‌توان با تغییر اندازه (طول و عرض) از ماسفت استفاده می‌شود طراحی شده است. در مقایسه، در اکثر ترانزیستورهای دوقطبی اندازه دستگاه قابل توجهی بر عملکرد. ویژگیهای ایده آلایده‌آل ماسفت در مورد gate فعلی (صفر) و تخلیه منبع ولتاژ افست (صفر) نیز آنها را عناصر نزدیک به ایده آلایده‌آل سوئیچ، و همچنین ایجاد تغییر خازن مدارهای آنالوگ عملی. در ناحیه خطی خود، ماسفتها را می‌توان به عنوان مقاومتهای دقیق، که می‌تواند مقاومت در برابر کنترل بسیار بیشتر از BJTها استفاده می‌شود. در مدارهای قدرت بالا، ماسفت گاهی اوقات استفاده از فراری حرارتی رنج می‌برند نه به عنوان BJTها داشته باشد. همچنین آنها را می‌توان به خازن و مدارهای چرخنده است که اجازه می‌دهد عملیات، آمپر ساخته شده از آنها به عنوان سلف ظاهر می‌شود شکل گرفته است، در نتیجه اجازه می‌دهد تمام آنالوگ دستگاه‌های طبیعی، به جز برای دیودها (که می‌تواند به صورت کوچکتر از یک MOSFET به هر حال)، به به طور کامل از ماسفت ساخته شده است. این اجازه می‌دهد تا برای کامل مدارات آنالوگ را بر روی یک تراشه سیلیکونی در یک فضای بسیار کوچکتر ساخته شده است.
بعضی از ICها ترکیب مدارات MOSFET در یک مخلوط سیگنال مدار مجتمع آنالوگ و دیجیتال، ساخت فضای مورد نیاز هیئت مدیره و حتی کوچکتر است. این یک نیاز برای منزوی ساختن مدارهای آنالوگ مدارهای دیجیتال در سطح تراشه، منجر به استفاده از حلقه انزوا و سیلیکون بر روی عایق (SOI). مزیت اصلی BJTها در مقابل ماسفت در فرایند طراحی آنالوگ، توانایی BJTها که مسئولیت رسیدگی به یک جریان بزرگتر در یک فضای کوچکتر است. فرآیندهای ساخت وجود دارد که ترکیب BJT و MOSFET را به یک دستگاه واحد. دستگاه‌ها ترانزیستور مختلط به نام بی FETها بیین (دوقطبی-FETها بیین) اگر تنها یکی از آنها حاوی BJT-FET و می‌کنند Bicmos (دوقطبی-CMOS) اگر آنها حاوی مکمل BJT-FETها بیین. دستگاه‌های چنین مزایای استفاده از هر دو گیتس عایق و بالاتر چگالی جریان است
== پیشرفت ماسفتها ==
در طول دهه‌های گذشته، MOSFET به طور مستمر در اندازه کوچک و طول کانال MOSFET معمولی یک بار میکرومتر، اما مدارهای مجتمع مدرن ترکیب MOSFETهای با طول کانال از دههاده‌ها نانومتر است. کار در تئوری پوسته پوسته شدن رابرت Dennard محوری در شناخت است که این کاهش مداوم ممکن بود. اینتل شروع به تولید یک فرایند شامل ۳۲ نانومتر اندازه از ویژگیهای (با کانال که حتی کوتاه ترکوتاه‌تر) در اواخر سال ۲۰۰۹ کرد. صنعت نیمه هادی را حفظ می‌کند «نقشه راه»، که مجموعه سرعت برای توسعه MOSFET. از لحاظ تاریخی، مشکلات با کاهش اندازه MOSFET شده‌اند با دستگاه نیمه هادی فرایند ساخت، نیاز به استفاده از ولتاژهای بسیار پایین، و با فقیرتر عملکرد الکتریکی طراحی مدار ایجاب می و نوآوری (MOSFETهای کوچک نمایشگاه جریان نشتی بالاتر و پایین خروجی مقاومت، در زیر مورد بحث).
== جستارهای وابسته ==
== منابع ==
* {{یادکرد کتاب | نام خانوادگی = Floyd| عنوان = لکترونیک مدار-طراحی-کاربرد | ترجمه = محمود دیانی | سال = ۱۳۸۶ | ناشر =نشر نص | شابک = 978-964-410-110-6 }}
* {{یادکرد کتاب | نام خانوادگی = ناصر حافظی مطلق| عنوان = الکترونیک کاربردی، جلد نحست: آزمایشگاه الکترونیک۱ سال = ۱۳۹۱ | ناشر =نگاران سبز | شابک = 0-5-90536-600-978 }}
* {{یادکرد کتاب | نام خانوادگی = Sedra | نام خانوادگی۲ = Smith | عنوان = مدارهای میکروالکترونیک| ترجمه = خلیل باغانی، حمیدرضا رضایی نیا|سال =۱۳۸۸ | ناشر = انتشارات خراسان | شابک = 964-6342-23-x }}
* {{یادکرد کتاب | نام خانوادگی = میرعشقی | نام =علی | عنوان = مبانی الکترونیک | جلد = اول | سال = ۱۳۸۷ | ناشر = نشر شیخ بهایی | شابک =964978-964-90539-3-6 }}
* الکترونیکِ دیجیتال، مهدی صدیقی، علی ولی‌زاده، فرهاد مهدی‌پور- تهران، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، ۱۳۸۳.
* طراحی VLSI دیجتال، مرتضی صاحب الزمانی، فرشاد صفایی، محمود فتحی- اصفهان، شیخ بهایی، ۱۳۸۵
| 