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Transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (MOSFET)

Grille
Drain
Substrat
Source

Figure 1 : Symbole d’un MOSFET

Grille
Drain
Substrat
Source

Figure 1 : Symbole d’un MOSFET

Un second type de transistor à effet de champs est celui à grille métal-oxyde qui comporte certains avantages sur le JFET. Plus connu par son acronyme de MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), ce semi-conducteur a une impédance d’entrée très supérieure au JFET (10 à 100 millions de méga-ohms) et représente donc une charge négligeable sur un circuit électronique. Son impédance et son gain supérieur fond du MOSFET un amplificateur très efficace des ondes de radiofréquence et intermédiaires. On les retrouve donc souvent dans les mélangeurs d’onde et dans les équipements de test des circuits.

Le MOSFET est conçu pour fonctionner en deux modes de base: le mode en appauvrissement et celui à enrichissement. Dans le premier cas, le MOSFET comporte un canal fortement dopé avec la grille en polarisation inverse ce qui crée un courant des porteurs minoritaires à travers la zone désertée, comme dans un JFET. Dans le second, le canal faiblement dopé est en polarisation directe pour augmenter le courant des porteurs majoritaires. Un MOSFET peut être conçu pour opérer dans les deux modes, le biais appliqué à la grille déterminant le mode, ce qui permet une plus vaste gamme de signaux d’entrée.

En plus des modes de base, le MOSFET, comme le JFET, peut être de canal p ou n. Dans les deux cas, il comporte une source, un drain, une grille et un substrat. Le symbole d’un MOSFET de type n est illustré dans la figure 1 et sa structure dans la figure 2.

Grille
Gate
Source
Substrat

Figure 2 : Structure du MOSFET à canal n

Grille
Gate
Source
Substrat

Figure 2 : Structure du MOSFET à canal n

The construction of an n- type MOSFET is shown in figure 2. Heavily doped n- type regions (indicated by the n+) are diffused into a p- type substrate or base. A channel of regular n- type material is diffused between the heavily doped n- type regions. A metal oxide insulating layer is then formed over the channel, and a metal gate layer is deposited over the insulating layer. There is no electrical connection between the gate and the rest of the device. This construction method results in the extremely high input impedance of the MOSFET. Another common name for the device, derived from the construction method, is the insulated gate field effect transistor (IGFET).

Le MOSFET à canal n comporte deux régions de type n fortement dopées (n+ dans la figure 2) qui sont injectées dans un substrat de type p. Un canal de type n normalement dopé est lui aussi injecté entre les deux régions n+. Un oxyde, servant d’isolant, est ensuite déposé au-dessus du canal. Il n’y a donc aucune connexion électrique entre la grille en métal et le reste du transistor ce qui donne une impédance extrêmement élevée à l’ensemble. Un autre nom courant de l’appareil est donc Transistor à effet de champs et grille isolée ou IGFET (en anglais Insulated Gate Field Effect Transistor).

Figure 3 : Schéma d’un amplificateur-source à MOSFET

Figure 3 : Schéma d’un amplificateur-source à MOSFET

Le fonctionnement du MOSFET est similaire à celui de JFET, le courant passant de la source vers le drain est contrôlé de deux façons :

  1. Soit en appliquant une tension grille-drain lorsque la tension grille-substrat est nulle ;
  2. Soit en appliquant une tension drain-substrat.

Le contrôle peut aussi se faire en utilisant un mélange des deux méthodes, le tout selon la polarisation et la tension seuil. Dans tous les cas, le champ électrique obtenu par la tension sur la grille crée une zone désertée plus ou moins large dans le canal n ce qui appauvrit ou enrichit le nombre de porteurs disponibles qui le traverse. Comme mentionné antérieurement, une polarisation inverse sur la grille diminue le nombre de porteurs et une polarisation directe les augmentent. La tension requise pour la polarisation directe ou inverse dépend du type de canal du MOSFET (n ou p)