ماسفت یا ترانزیستور اثر میدانی نیمه‌رسانا-اکسید-فلز (به انگلیسی: metal–oxide–semiconductor field-effect transistor ٫ MOSFET) معروف‌ترین ترانزیستور اثر میدان در مدارهای آنالوگ و دیجیتال است. این گونه از ترانزیستور اثر میدان نخستین بار در سال ۱۹۲۵ میلادی معرفی شد. در آن هنگام، ساخت و به کارگیری این ترانزیستورها، به سبب نبود علم و ابزار و امکان، با دشواری همراه بود و از همین روی، برای پنج دهه فراموش شدند و از میدانِ پیشرفت‌های الکترونیک بر کنار ماندند. در آغازِ دههٔ ۷۰، بارِ دیگر نگاه‌ها به MOSFETها افتاد و برای ساختنِ مدارهای مجتمع به کار گرفته شدند.

در ترانزیستور اثرِ میدان (FET) چنان‌که از نام اش پیداست، پایهٔ کنترلی، جریانی مصرف نمی‌کند و تنها با اعمال ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه رسانا، جریان عبوری از FET کنترل می‌شود. از همین روی ورودی این مدار هیچ اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی‌گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد. عمده تفاوت ماسفت با ترانزیستور JFET در این است که گیت ترانزیستورهای ماسفت توسط لایه‌ای از اکسید سیلیسیم (SiO₂) از کانال مجزا شده است. به این دلیل به ماسفتها فِت با گیت مجزا (به انگلیسی: IGFET, Insulated Gate FET) نیز گفته می‌شود.

مدارهای مجتمع بر پایهٔ فناوری ترانزیستورهای اثرِ میدانِ MOS را می‌توان بسیار ریزتر و ساده‌تر از مدارهای مجتمع بر پایهٔ ترانزیستورهای دوقطبی ساخت، بی آن که (حتی در مدارها و تابع‌های پیچیده و مقیاس‌های بزرگ) نیازی به مقاومت، دیود یا دیگر قطعه‌های الکترونیکی داشته باشند. همین ویژگی، تولیدِ انبوهِ آن‌ها را آسان می‌کند، چندان که هم اکنون بیش‌تر از ۸۵ درصدِ مدارهای مجتمع، بر پایهٔ فناوریِ MOS طراحی و ساخته می‌شوند.

ترانزیستورهای MOS، بسته به کانالی که در آن‌ها شکل می‌گیرد، NMOS یا PMOS نامیده می‌شوند. در آغازِ کار، PMOS ترانزیستورِ پرکاربردتر در فناوری MOS بود. اما از آن جا که ساختنِ NMOS آسان‌تر است و مساحتِ کم‌تری هم می‌گیرد، از PMOS پیشی گرفت. بر خلافِ ترانزیستورهای دوقطبی، در ترانزیستورهای MOSFET، جریان، نتیجهٔ شارشِ تنها یک حامل (الکترون یا حفره) در میانِ پیوندها است و از این رو، این ترانزیستورها را تک‌قطبی هم می‌نامند.

تاریخچه

اصل اساسی این نوع ترانزیستور برای اولین بار توسط جولیوس ادگار Lilienfeld در سال ۱۹۲۵به ثبت رسید. بیست و پنج سال بعد، هنگامی که اقدام به ثبت اختراع ترانزیستور اتصال کرد، آنها دریافتند Lilienfeld در حال حاضر برگزاری یک ثبت اختراع که در راه است که می‌تواند شامل تمام انواع ترانزیستورهاشود. آزمایشگاه‌های بل قادر به کار کردن توافق با Lilienfeld، کسی که هنوز زنده بود بودند (که معلوم نیست آنها به او پول پرداخت کردند یا نه). که در آن زمان به نسخه آزمایشگاه‌های بل ترانزیستور اتصال دو قطبی، و یااتصال به سادگی ترانزیستور (simply junction transistor) نام داده شد، و طراحی Lilienfeld نام ترانزیستور اثر میدانی بر گرفت.

در سال ۱۹۵۹، Dawon Kahng و مارتین M.Atalla در آزمایشگاه‌های بل، فلز اکسید نیمه هادی ترانزیستور اثر میدانی (MOSFET) به عنوان شاخه‌ای به طراحی FET اختراع شد.

عملکرد و ساختارهای مختلف از اتصال دو قطبی ترانزیستور، MOSFET با قرار دادن یک لایه عایق در سطح نیمه هادی و سپس با قرار دادن یک الکترود گیت فلزی که در آن ساخته شده بود. این سیلیکون کریستالی نیمه هادی است و از لایه‌ای از دی اکسید سیلیکون اکسیده حرارتی برای عایق استفاده می‌شود. MOSFET سیلیکون تله الکترونی موضعی در رابط بین لایه سیلیکون و اکسید آن، بومی تولید نیست، و در نتیجه ذاتاً عاری از تجملات و تزئینات و پراکندگی از حامل‌های که مانع عملکرد ترانزیستورهای اثر میدانی زودتر بود. پس از توسعه اتاق تمیز به منظور کاهش آلودگی به سطوح پیش از این فکر لازم است، و و فرایند دو وجهی اجازه می‌دهد تا مدارات را در مراحل بسیار کمی ساخته شده باشد، این نوع سیستم SiO2 دارای جاذبه‌های فنی به عنوان هزینه پایین تولید (بر اساس هر مدار) و سهولت یکپارچه سازی است. علاوه بر این، با استفاده از روش اتصال دو MOSFETهای مکمل (P-کانال و N-کانال) را به یکی از سوئیچ بالا / پایین، شناخته شده به عنوان CMOS، این بدان معنی است که مدارهای دیجیتالی پاشیدن قدرت بسیار کمی به جز زمانی که در واقع روشن است. عمدتاً به دلیل این سه عامل، MOSFET تبدیل شده است با توجه به نوع ترانزیستور به طور گسترده‌ای مورد استفاده در مدارات مجتمع است.

مدارهای CMOS

MOSFET در مکمل‌های دیجیتال، نیمه هادی اکسید فلزی (CMOS) منطق مورد استفاده قرار می‌گیرد، که به عنوان بلوک‌های ساختمانی با استفاده از p-و ماسفت کانال N-است. بیش از حد یک نگرانی عمده‌ای را در مدارهای مجتمع است، از ترانزیستورهای بیشتری را در تراشه‌های کوچکتر بسته‌بندی شده است. CMOS منطق مصرف برق را کاهش می‌دهد، زیرا هیچ جریان (ایده‌آل)، و در نتیجه هیچ قدرت مصرف می‌شود، به جز زمانی که ورودی به گیت‌های منطقی در حال تغییر است. CMOS انجام این کاهش در حال حاضر با تکمیل هر nMOSFET با یک pMOSFET و اتصال هر دو گیت و هر دو درین با هم است. یک ولتاژ بالا بر روی دروازه باعث خواهد شد nMOSFET برای انجام و pMOSFET به انجام و ولتاژ پایین بر روی دروازه باعث معکوس. در طول زمان سوئیچینگ ولتاژ از یک کشور به کشور دیگر می‌رود، هر دو ماسفت به طور خلاصه انجام خواهد شد. این ترتیب تا حد زیادی مصرف برق و تولید گرما را کاهش می‌دهد.

فهرست مطالب:

لزوم یادگیری چگونه ساخته شدن ترانزیستورها

چرا نیمه هادی ها مورد علاقه هستند؟

فناوری های CMOS

مراحل مختلف روش چوکرالسکی

فتولیتوگرافی

فتورزیست

تکنیک های فتولیتوگرافی

روش های بهبود تفکیک پذیری

روش تصحیح مجاورت نوری

ماسک های شیفت فاز

تکنولوژی های اصلی CMOS

تغییر دادن ناخالصی

دی اکسید سیلیکون

روش های اکسیداسیون

نشاندن لایه اتمی

جداسازی اجزا

اکسیداسیون محلی

جداسازی با گودال کم عمق

اکسید گیت

ایجاد نواحی سورس و درین و گیت خود تنظیم

ایجاد اتصالات و لایه های فلز

روش های حذف قسمت های اضافی

مقاوم سازی

قوانین طراحی چینش

قوانین مقیاس پذیر MOSIS CMOS

پیش زمینه های قوانین طراحی

قوانین چاه

قوانین ترانزیستور

قوانین اتصالات

قوانین فلز

خط پیرامونی برش و دیگر ساختارها

پیشرفت های فرایند CMOS

ولتاژهای آستانه چندگانه و ضخامتهای اکسید چندگانه

اکسیدهای گیت با ضریب دی الکتریک بالا

تکنولوژی سیلیکون روی عایق (SOI)

قفل شدگی

خازن های نفوذ با SUBSTRATE

Soft Errors

و...