Le transistor à semi-conducteur à oxyde métallique (MOS) est la pierre angulaire de la plupart des mémoires, processeurs et puces logiques numériques modernes. C’est également un élément commun dans de nombreux circuits intégrés analogiques et à signaux mixtes. Ces transistors se trouvent dans un grand nombre d’appareils électroniques, des téléphones portables et des ordinateurs aux réfrigérateurs à commande numérique et aux équipements médicaux électroniques. Le transistor MOS est assez polyvalent et peut fonctionner comme un interrupteur, un amplificateur ou une résistance. Il est également connu comme un type particulier de transistor à effet de champ (FET) appelé à grille isolée (IGFET) ou MOS (MOSFET). L’effet de champ fait référence au champ électrique de la charge à la grille du transistor.
Le transistor MOS est fabriqué sur un substrat de cristal semi-conducteur, généralement en silicium. Le substrat est surmonté d’une fine couche isolante, souvent constituée de dioxyde de silicium. Au-dessus de cette couche se trouve la grille, généralement en métal ou en silicium polycristallin. La région cristalline d’un côté de la grille est appelée la source, tandis que l’autre est le drain. La source et le drain sont généralement « dopés » avec le même type de silicium ; le canal sous la grille est « dopé » avec le type opposé. Cela forme une structure similaire à un transistor NPN ou PNP standard.
Un transistor MOS est généralement fabriqué en tant que transistor PMOS ou NMOS. Un transistor PMOS a une source et un drain en silicium de type p ; le canal sous la porte est de type n. Lorsqu’une tension négative est appliquée à la grille, le transistor s’allume. Cela permet à un courant de circuler entre la source et le drain. Lorsqu’une tension positive est appliquée à la porte, elle s’éteint.
Un transistor NMOS est l’inverse : un canal de type p avec une source et un drain de type n. Lorsqu’une tension négative est appliquée sur la grille d’un transistor NMOS, celui-ci se bloque ; une tension positive l’allume. L’un des avantages du NMOS par rapport au PMOS est la vitesse de commutation – NMOS est généralement plus rapide.
De nombreux circuits intégrés utilisent des portes logiques MOS (CMOS) complémentaires. Une porte CMOS est composée de deux types de transistors câblés ensemble : un NMOS et un PMOS. Ces portes sont souvent privilégiées là où la consommation électrique est critique. Ils n’utilisent généralement pas d’énergie jusqu’à ce que les transistors passent d’un état à l’autre.
Le MOSFET à déplétion est un type spécial de transistor MOS qui peut être utilisé comme résistance. Sa zone de grille est fabriquée avec une couche supplémentaire entre l’isolant en dioxyde de silicium et le substrat. La couche est « dopée » avec le même type de silicium que les régions de drain et de source. Lorsqu’il n’y a pas de charge à la grille, cette couche conduit le courant. La résistance est déterminée par la taille du transistor lors de sa création. La présence d’une charge de grille bloque ce type de transistor MOS.
Comme la plupart des autres transistors, un transistor MOS peut amplifier un signal. La quantité de courant circulant entre la source et le drain varie avec le signal de grille. Certains transistors MOS sont construits et emballés individuellement pour gérer des courants importants. Ceux-ci peuvent être utilisés dans les alimentations à découpage, les amplificateurs haute puissance, les pilotes de bobine et d’autres applications analogiques ou à signaux mixtes. La plupart des transistors MOS sont utilisés dans des circuits numériques à faible puissance et à faible courant. Ceux-ci sont généralement inclus à l’intérieur des puces avec d’autres pièces, plutôt que seuls.