ترانزستورات تأثير المجال

ترانزستورات تأثير المجال Field Effect Transistors (FET)تمكن في عام 1953م مهندسان من مختبرات بيل الأمريكية وهما أين روس (Ian Ross) وجورج ديسي (George Dacey) من تصنيع ترانزستور يعمل بآلية تختلف عن تلك المستخدمة في الترانزستور ثنائي القطبية وهو ترانزستور تأثير المجال ذي الوصلة (Junction Field Effect Transistors (FET)). ويتكون هذا الترانزستور من شريحة من السيليكون مطعمة إما كنوع سالب (N) أو كنوع موجب (P) ويوصل بطرفي هذه الشريحة قطبان معدنيان يسمى أحدهما المصدر (source) وهو يناظر الباعث (emitter) ويسمى الآخر المصرف (drain) وهو يناظر المجمع (collector). ومن الواضح أنه عند تسليط جهد خارجي بين المصدر والمصرف فإن تيارا كهربائيا سيسري بين القطبين بغض النظر عن اتجاه الجهد المسلط وذلك على العكس من الترانزستور ثنائي القطبية

التحكم بالترانزيستور تأثير المجال

ولكي يتم التحكم بمرور التيار بين القطبين فإنه يتم تطعيم الشريحة على جانبيها وعند وسطها بنوع تطعيم مخالف لنوع التطعيم الأساسي للشريحة ليتكون بذلك وصلتين حول الشريحة ويتم ربط الوصلتين بقطب معدني يسمى البوابة (gate) وهو يناظر القاعدة (base). ويطلق على منطقة الشريحة المحصورة بين الوصلتين اسم القناة (channel) ويتحدد عرض القناة الفعلي الذي يمكن للتيار أن يمر من خلاله من عرض القناة الحقيقي مطروحا منه عرض المنطقتين المنضبتين في الوصلتين. وعند تسليط جهد ذي انحياز عكسي بين البوابة وأحد القطبين الآخرين وغالبا قطب المصدر فإنه يمكن التحكم بعرض البوابة وبالتالي كمية التيار الذي يمر من خلالها. ومن الواضح أن عملية التحكم بالتيار المار بين المصدر والمصرف يتم من خلال الجهد الكهربائي بدلا من التيار الكهربائي كما في الترانزستور ثنائي القطبية. ولذلك فقد أطلق العلماء على هذا النوع من الترانزستورات اسم ترانزستور تأثير المجال وذلك لأن المجال الكهربائي الناتج عن الجهد المسلط على البوابة هو المسؤول عن عملية التحكم بمرور التيار في الترانزستور. إن التيار الذي يسري في القناة مكون من نوع واحد فقط من حاملات الشحنات وهي إما الإلكترونات في حالة القناة السالبة أو الفجوات في حالة القناة الموجبة ولذا فقد تمت تسمية هذا الترانزستور بالترانزستور أحادي القطبية (unipolar) وذلك عل عكس الترانستور ثنائي القطبية الذي يستخدم النوعين من الحاملات في عمله

ترانزستور تأثير المجال من نوع معدن _ أكسيد _ شبه موصل وفي عام 1960م تمكن المهندسون في مختبرات بيل الأمريكية من تصنيع أحد أشهر أنواع الترانزستورات أحادية القطبية وهو النوع المسمى ترانزستور تأثير المجال من نوع معدن _ أكسيد _ شبه موصل (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect transistor (MOSFET)). ويتم تصنيع هذه الترانزستورات بالطريقة السطحية من خلال إنتاج منطقة مطعمة تسمى القناة بأحد نوعي التطعيم السالب أو الموجب على سطح رقاقة من السيليكون ثم توضع طبقة من أكسيد السيليكون العازل تعلوها طبقة أخرى من المعدن كما يوحي بذلك أسمهترانزستور الموصفت المنضبويتم توصيل ثلاثة أقطاب معدنية أحدها إلى الطبقة المعدنية ويسمى البوابة بينما يوصل الطرفان الآخران إلى المنطقة شبه موصلة في مكانيين متقابلين حول البوابة يسميان المصدر والمصرف. ويسمى هذا النوع من الترانزستورات بترانزستور الموصفت المنضب ((Depletion MOSFET) حيث يلزم تسليط جهد بقطبية محددة على البوابة ليحول نوع المادة شبه الموصلة التي تقع تحتها من موجب إلى سالب أو العكس لكي يتم التحكم بمرور التيار بين المصدر والمصرف

الموصفت المعززوفي النوع المسمى الموصفت المعزز (Enhancement MOSFET) يتم تطعيم رقاقة السيليكون بمنطقتين منفصلتين من النوع السالب أو الموجب بينهما منطقة وسطى تطعم بنوع مغاير لتلك التي للمنطقتين المنفصلتين ثم توضع طبقة من أكسيد السيليكون العازل تعلوها طبقة أخرى من المعدن لتغطي المنطقة الوسطى ويتم توصيل ثلاثة أقطاب اثنان بالمنطقتين المنفصلتين وهما المصدر والمصرف والثالث بالطبقة المعدنية وهو البوابة. ويلزم تسليط جهد بقطبية محددة على البوابة ليحول نوع المادة شبه الموصلة التي تقع تحتها من موجب إلى سالب أو العكس لكي يتم التحكم بمرور التيار بين المصدر والمصرف. إن أهم ما يميز   الترانزستور أحادي القطبية على ثنائي القطبية هو عدم حاجته لدائرة كهربائية معقدة لتحديد نقطة تشغيله وكذلك قلة استهلاكه للطاقة وصغر المساحة التي يحتلها على سطح البلورة الشبه موصلة ولكن عيبه الرئيسي هو أن سرعة تبديله أقل منها في الترانزستور ثنائي القطبية بسبب أن البوابة تعمل كمكثف يحتاج شحنها تفريغها زمن طويل نسبيا.