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Transistor à effet de champ à grille métal-oxyde

Auteur: Leandro Alegsa

09-05-2021

MOSFET signifie transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur. Les transistors sont de petits dispositifs électriques utilisés, entre autres, dans les réveils, les calculatrices et, peut-être plus célèbre encore, les ordinateurs ; ils font partie des éléments de base de l'électronique moderne. Quelques MOSFETs amplifient ou traitent les signaux analogiques. La plupart sont utilisés dans l'électronique numérique.

Les MOSFETs agissent comme des valves pour l'électricité. Ils ont une connexion d'entrée (la "porte") qui est utilisée pour contrôler le flux d'électricité entre deux autres connexions (la "source" et le "drain"). Dit autrement, la grille agit comme un interrupteur qui contrôle les deux sorties. Imaginez un interrupteur à lumière variable : le bouton lui-même sélectionne "ON", "OFF", ou quelque part entre les deux, pour contrôler la luminosité de la lumière. Pensez à un MOSFET à la place de l'interrupteur : l'interrupteur lui-même est le "portail", la "source" est le courant qui entre dans la maison, et le "drain" est l'ampoule.

Le nom MOSFET décrit la structure et la fonction du transistor. Le terme MOS fait référence au fait qu'un MOSFET est construit en superposant du métal (la "grille") sur de l'oxyde (un isolant qui empêche le flux d'électricité) sur un semi-conducteur (la "source" et le "drain"). Le FET décrit l'action de la grille sur le semi-conducteur. Un signal électrique est envoyé à la grille, ce qui crée un champ électrique qui modifie la connexion entre la "source" et le "drain".

Presque tous les MOSFET sont utilisés dans des circuits intégrés. Depuis 2008, il est possible d'installer 2 000 000 000 de transistors sur un seul circuit intégré. En 1970, ce nombre était d'environ 2 000.

Théorie

Il existe de nombreuses façons de fabriquer des MOSFET sur le semi-conducteur. La méthode la plus simple est illustrée dans le diagramme à droite de ce texte. La partie bleue représente le silicium de type P, tandis que la partie rouge représente le silicium de type N. L'intersection des deux types fait une diode. Dans le semi-conducteur en silicium, il y a une bizarrerie appelée "région d'appauvrissement". Dans le silicium dopé, dont une partie est de type N et l'autre de type P, une région d'appauvrissement se formera naturellement à l'intersection des deux. Ceci est dû à leurs accepteurs et à leurs donneurs. Le silicium de type P possède des accepteurs, également appelés trous, qui attirent les électrons vers eux. Le silicium de type N a des donneurs, ou électrons, qui sont attirés par les trous. À la frontière entre les deux, les électrons du type N remplissent les trous du type P. Les accepteurs, ou atomes de type P, sont alors chargés négativement, et comme les charges négatives attirent les charges positives, les accepteurs, ou trous, s'écouleront vers la "jonction". Du côté du type N, il y a une charge positive, ce qui fait que les donneurs, ou électrons, s'écoulent vers la "jonction". Lorsqu'ils y arrivent, ils sont repoussés par la charge négative de l'autre côté de la jonction, car les charges similaires se repoussent. La même chose se produira du côté du type P, les donneurs ou les trous seront repoussés par la zone positive du côté du type N. Aucune électricité ne peut circuler entre les deux, car aucun électron ne peut se déplacer de l'autre côté.

Les MOSFET utilisent cela à leur avantage. Le "corps" du MOSFET est alimenté négativement, ce qui élargit la zone d'appauvrissement, puisque les trous sont remplis par les nouveaux électrons, de sorte que la force opposée aux électrons du côté N devient beaucoup plus importante. La "Source" du MOSFET est alimentée en courant négatif, ce qui réduit entièrement la zone d'appauvrissement du type N, puisqu'il y a suffisamment d'électrons pour remplir la zone d'appauvrissement positive. Le "Drain" a une puissance positive. Lorsque la "Porte" est alimentée en puissance positive, elle produit un petit champ électromagnétique qui supprime la zone d'appauvrissement directement sous la porte, car il y a une "pulvérisation" de trous qui forment ce qu'on appelle un "canal N". Le canal N est une région temporaire de la zone de silicium de type P où il n'y a pas de zone d'appauvrissement. Le champ électrique positif neutralisera tous les électrons de réserve qui composent la zone d'appauvrissement. Les électrons de la zone source auront alors un moyen clair de se déplacer vers le "drain", ce qui permettra à l'électricité de circuler de la source au drain.

Questions et réponses

Q : Qu'est-ce qu'un MOSFET ?

R : Un MOSFET est un transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur, qui est un composant électronique qui agit comme un commutateur contrôlé électriquement.

Q : À quoi servent les transistors ?

R : Les transistors sont de petits dispositifs électriques utilisés dans les radios, les calculatrices et les ordinateurs ; ils font partie des éléments de base des systèmes électroniques modernes.

Q : Comment fonctionne un MOSFET ?

R : Un MOSFET agit comme une vanne pour l'électricité. Il possède une connexion d'entrée (la "grille") qui sert à contrôler le flux d'électricité entre deux autres connexions (la "source" et le "drain"). La porte agit comme un interrupteur qui contrôle les deux sorties.

Q : À quoi le nom "MOSFET" fait-il référence ?

R : Le nom MOSFET décrit la structure et la fonction du transistor. MOS' fait référence au fait qu'il est construit en superposant du métal (la 'grille') sur de l'oxyde (un isolant qui empêche le flux d'électricité) sur un semi-conducteur (la 'source' et le 'drain'). Le terme "FET" décrit l'action de la grille sur le semi-conducteur.

Q : Où sont utilisés presque tous les MOSFETS ?

R : Presque tous les MOSFETS sont utilisés dans les circuits intégrés.

Q : Combien de transistors peuvent être placés sur un circuit intégré aujourd'hui par rapport à 1970 ?

R : En 2008, il est possible de placer 2 000 000 000 de transistors sur un seul circuit intégré alors qu'en 1970, on pouvait en placer environ 2 000 sur un CI.