Il transistor a semiconduttore a ossido di metallo (MOS) è l’elemento costitutivo della maggior parte delle memorie digitali, dei processori e dei chip logici moderni. È anche un elemento comune in molti circuiti integrati analogici e a segnale misto. Questi transistor si trovano in qualsiasi numero di dispositivi elettronici, dai telefoni cellulari e computer ai frigoriferi a controllo digitale e alle apparecchiature mediche elettroniche. Il transistor MOS è abbastanza versatile e può funzionare come un interruttore, un amplificatore o un resistore. È anche noto come un particolare tipo di transistor ad effetto di campo (FET) chiamato gate isolato (IGFET) o MOS (MOSFET). L’effetto di campo si riferisce al campo elettrico dalla carica al gate del transistor.
Il transistor MOS è fabbricato su un substrato di cristallo semiconduttore, solitamente in silicio. Il substrato è ricoperto da un sottile strato isolante, spesso costituito da biossido di silicio. Sopra questo strato si trova il gate, tipicamente realizzato in metallo o silicio policristallino. La regione cristallina su un lato del gate è chiamata source, mentre l’altro è drain. Il source e il drain sono generalmente “drogate” con lo stesso tipo di silicio; il canale sotto il cancello è “drogato” con il tipo opposto. Questo forma una struttura simile a un transistor NPN o PNP standard.
Un transistor MOS è generalmente prodotto come un transistor PMOS o NMOS. Un transistore PMOS ha un source e un drain realizzati in silicio di tipo p; il canale sotto il cancello è di tipo n. Quando viene applicata una tensione negativa al gate, il transistor si accende. Ciò consente a una corrente di fluire tra la sorgente e il drenaggio. Quando viene applicata una tensione positiva al gate, si spegne.
Un transistor NMOS è l’opposto: un canale di tipo p con un source e un drain di tipo n. Quando viene applicata una tensione negativa al gate di un transistor NMOS, si spegne; una tensione positiva lo accende. Un vantaggio che NMOS ha rispetto a PMOS è la velocità di commutazione: NMOS è generalmente più veloce.
Molti circuiti integrati utilizzano porte logiche MOS (CMOS) complementari. Una porta CMOS è composta da due tipi di transistor cablati insieme: uno NMOS e uno PMOS. Queste porte sono spesso preferite dove il consumo di energia è critico. In genere non utilizzano energia finché i transistor non passano da uno stato all’altro.
Il MOSFET in modalità di esaurimento è un tipo speciale di transistor MOS che può essere utilizzato come resistore. La sua area di gate è fabbricata con uno strato aggiuntivo tra l’isolante di biossido di silicio e il substrato. Lo strato è “drogato” con lo stesso tipo di silicio delle regioni di drain e source. Quando non c’è carica al gate, questo strato conduce corrente. La resistenza è determinata dalla dimensione del transistor quando viene creato. La presenza di una carica di gate spegne questo tipo di transistor MOS.
Come la maggior parte degli altri transistor, un transistor MOS può amplificare un segnale. La quantità di corrente che scorre tra source e drain varia con il segnale di gate. Alcuni transistor MOS sono costruiti e confezionati singolarmente per gestire grandi correnti. Questi possono essere utilizzati in alimentatori a commutazione, amplificatori ad alta potenza, driver per bobine e altre applicazioni analogiche o a segnale misto. La maggior parte dei transistor MOS viene utilizzata in circuiti digitali a bassa potenza e bassa corrente. Questi sono in genere inclusi all’interno di chip con altre parti, piuttosto che stare da soli.