Der Metall-Oxid-Halbleiter-(MOS)-Transistor ist der Baustein der meisten modernen digitalen Speicher, Prozessoren und Logikchips. Es ist auch ein gemeinsames Element in vielen integrierten Analog- und Mixed-Signal-Schaltungen. Diese Transistoren sind in einer Vielzahl von elektronischen Geräten zu finden, von Mobiltelefonen und Computern bis hin zu digital gesteuerten Kühlschränken und elektronischen medizinischen Geräten. Der MOS-Transistor ist sehr vielseitig und kann als Schalter, Verstärker oder Widerstand fungieren. Es ist auch als eine bestimmte Art von Feldeffekttransistor (FET) bekannt, die als isoliertes Gate (IGFET) oder MOS (MOSFET) bezeichnet wird. Der Feldeffekt bezieht sich auf das elektrische Feld der Ladung am Gate des Transistors.
Der MOS-Transistor wird auf einem Halbleiterkristallsubstrat hergestellt, das normalerweise aus Silizium besteht. Das Substrat wird mit einer dünnen Isolierschicht, oft aus Siliziumdioxid, überzogen. Über dieser Schicht befindet sich das Gate, das typischerweise entweder aus Metall oder polykristallinem Silizium besteht. Der Kristallbereich auf einer Seite des Gates wird als Source bezeichnet, während die andere als Drain bezeichnet wird. Source und Drain sind im Allgemeinen mit der gleichen Art von Silizium „dotiert“; der Kanal unter dem Gate ist mit dem entgegengesetzten Typ „dotiert“. Dies bildet eine Struktur ähnlich einem Standard-NPN- oder PNP-Transistor.
Ein MOS-Transistor wird im Allgemeinen entweder als PMOS- oder als NMOS-Transistor hergestellt. Ein PMOS-Transistor hat eine Source und eine Drain aus p-Silizium; der Kanal unter dem Gate ist vom n-Typ. Wenn an das Gate eine negative Spannung angelegt wird, schaltet der Transistor ein. Dadurch kann ein Strom zwischen Source und Drain fließen. Wenn eine positive Spannung an das Gate angelegt wird, schaltet es ab.
Ein NMOS-Transistor ist das Gegenteil: ein p-Kanal mit einer n-Typ Source und Drain. Wenn am Gate eines NMOS-Transistors eine negative Spannung angelegt wird, schaltet dieser ab; eine positive Spannung schaltet es ein. Ein Vorteil von NMOS gegenüber PMOS ist die Schaltgeschwindigkeit – NMOS ist im Allgemeinen schneller.
Viele integrierte Schaltungen verwenden komplementäre MOS-(CMOS)-Logikgatter. Ein CMOS-Gate besteht aus zwei miteinander verdrahteten Transistoren: einem NMOS und einem PMOS. Diese Gates werden oft bevorzugt, wenn der Stromverbrauch kritisch ist. Sie verbrauchen normalerweise keinen Strom, bis die Transistoren von einem Zustand in den anderen wechseln.
Der Verarmungs-MOSFET ist eine spezielle Art von MOS-Transistor, der als Widerstand verwendet werden kann. Sein Gate-Bereich wird mit einer zusätzlichen Schicht zwischen dem Siliziumdioxid-Isolator und dem Substrat hergestellt. Die Schicht ist mit der gleichen Art von Silizium „dotiert“ wie die Drain- und Source-Gebiete. Wenn am Gate keine Ladung anliegt, leitet diese Schicht Strom. Der Widerstand wird durch die Größe des Transistors bestimmt, wenn er erzeugt wird. Das Vorhandensein einer Gate-Ladung schaltet diese Art von MOS-Transistor aus.
Wie die meisten anderen Transistoren kann ein MOS-Transistor ein Signal verstärken. Die Strommenge, die zwischen Source und Drain fließt, variiert mit dem Gate-Signal. Einige MOS-Transistoren sind so konstruiert und einzeln verpackt, dass sie große Ströme verarbeiten können. Diese können in Schaltnetzteilen, Hochleistungsverstärkern, Spulentreibern und anderen analogen oder Mixed-Signal-Anwendungen verwendet werden. Die meisten MOS-Transistoren werden in digitalen Schaltungen mit geringem Stromverbrauch und geringem Strom verwendet. Diese sind normalerweise in Chips mit anderen Teilen enthalten, anstatt allein zu stehen.