Наиболее важным устройством для очень крупных интегральных схем (содержащих более 100 000 полупроводниковых приборов, таких как диоды и транзисторы) является полевой транзистор на основе окиси металла и полупроводника (MOSFET). МОП-транзистор является членом семейства полевых транзисторов, в которое входят MESFET и JFET.
Перспективный вид n-канального МОП-транзистора показан на рисунке 9. Хотя внешне он похож на МОП-транзистор, есть четыре основных отличия: (1) исток и сток МОП-транзистора представляют собой выпрямляющие p-n-переходы, а не омические контакты; (2) затвор представляет собой структуру металл-оксид-полупроводник, то есть между металлическим электродом и полупроводниковой подложкой находится изолятор — диоксид кремния (SiO2), в то время как в МОП-транзисторе электрод затвора образует контакт металл-полупроводник; (3) левый край электрода затвора должен быть совмещен или перекрыт с контактом истока для облегчения работы устройства, в то время как в MESFET контакт затвора и истока не перекрывается; и (4) MOSFET является четырехконтактным устройством, так что помимо истока, стока и электрода затвора имеется четвертый контакт подложки, как в случае MESFET.
Одним из ключевых параметров устройства является длина канала L — расстояние между двумя n+-p-переходами, как показано на рис. 9. Когда МОП-транзистор был впервые разработан в 1960 году, длина канала превышала 20 микрометров (мкм). Сегодня в серийном производстве изготавливаются каналы длиной менее 1 мкм, а в исследовательских лабораториях создаются каналы длиной менее 0,1 мкм.
Источник обычно используется в качестве источника опорного напряжения и заземлен. Если напряжение на затвор не подается, то
Электроды истока и стока соответствуют двум p-n-переходам, соединенным встык. Единственный ток, который может протекать от истока к стоку, — это небольшой ток утечки. Когда к затвору прикладывается большое положительное смещение, большое количество электронов притягивается к поверхности полупроводника и образует проводящий слой прямо под оксидом. Теперь источник n+ и сток n+ соединены проводящим поверхностным слоем n (или каналом), через который может протекать большой ток. Проводимость этого канала можно регулировать, изменяя напряжение на затворе; проводимость также может меняться под действием смещения подложки.
Токо-напряженная характеристика МОП-транзистора похожа на ту, что показана на рисунке 7B. Существует также четыре различных вида МОП-транзисторов, в зависимости от типа проводящего слоя. Это n-канальные нормально выключенные, n-канальные нормально включенные, p-канальные нормально выключенные и p-канальные нормально включенные МОП-транзисторы. Они похожи на разновидности МОП-транзисторов.
