12.16 : Caratteristiche del MOSFET

I transistor ad effetto di campo a semiconduttori a ossido di metallo, o MOSFET, svolgono un ruolo fondamentale nei circuiti elettronici. Sono utilizzati principalmente per amplificare e commutare i segnali.

Vari parametri vitali influenzano la loro funzionalità, che è fondamentale per la teoria e le applicazioni elettroniche. Innanzitutto, le dimensioni del canale, precisamente la lunghezza e la larghezza, sono cruciali. La dimensione di questi canali influisce sulla capacità del transistor di trasportare corrente e sulla velocità di commutazione; i canali più corti in genere consentono un funzionamento più rapido. Successivamente, lo spessore dell'ossido, lo strato di biossido di silicio che separa il gate dal canale, modula il controllo del gate sul canale. Gli ossidi più sottili aumentano la capacità di gate, migliorando questo controllo.

Un altro fattore significativo è la profondità della giunzione e il drogaggio del substrato, che regolano la tensione di soglia del MOSFET e controllano le correnti di dispersione. Il drogaggio modifica le proprietà del semiconduttore introducendo impurità.

Operativamente, i MOSFET presentano tre regioni distinte in base alla tensione gate-source.

• Nella regione di cutoff, il transistor è spento e non mostra alcun percorso conduttivo tra source e drain, il che limita la corrente a una dispersione inversa minima.
• La regione lineare emerge quando la V_GS supera la soglia e la V_DS (tensione drain-to-source) è bassa. Qui, il transistor agisce come un resistore variabile in cui la corrente di drain (I_D) è direttamente proporzionale alla V_DS, modulata da V_GS.
• Nella regione di saturazione, l'I_D si stabilizza nonostante il V_DS aumenti a causa dell'effetto pinch-off, dove il canale vicino allo scarico si restringe, limitando l'ulteriore flusso di corrente.

Queste condizioni operative determinano il modo in cui i MOSFET vengono implementati nei circuiti, soprattutto dove è richiesto un controllo elettronico preciso.