Le transistor MOSFET

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MOS à enrichissement

Structure et fonctionnement

Dans un MOS à enrichissement, le substrat s'étend jusqu'à la couche du dioxyde de silicium, il y'a plus de canal entre le Drain et la Source.

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Fonctionnement

Lorsque VGS=0 la source VDD tente de faire circuler les électrons de S vers D. Mais le substrat n'ayant que quelques porteurs minoritaires, le courant entre S et D est nul. C'est pour cette raison que le MOS à enrichissement est appelé MOS normalement bloqué.
Lorsque VGS>0 la Grille et le substrat ressemble à deux plaques d'un condensateur séparé par un isolant. La Grille attire les électrons libres de S dans le point inférieur gauche de S dans le point inférieur gauche de la couche P.
Si la Grille est suffisamment positive assez d'électron sont attirés pour former une mince couche d'électron entre S et D. Ainsi un matériau du type N se forme près du SiO2. On appelle cette couche d'électron libre la couche d'inversion du type N. La tension minimale VGS qui crée la couche d'inversion du type N est appelée tension de seuil et notée VGS(th)
Si VGS<VGS(th) alors iD=0.
Pour que la Grille commande mieux le courant Drain, la couche SiO2 doit être aussi mince que possible. Par ailleurs la tension VGS ne doit pas dépasser une certaine valeur maximale appelée VGSmax sous peine de destruction. Pour cette raison, on protège certains MOS intérieurement par des Zener.

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Cependant le type de polarisation propre au MOS à enrichissement est la polarisation à réaction de Drain.

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Quand le MOS conduit il y'a le courant Drain ID passant.
IG
=0 ; VGS=VDS>0
avec VGS supérieur ou égale à VGS(th).
Arbitrairement la fiche technique donne la valeur de ID passant pour VGS=VGS passant. Pour un point de repos donné on choisit alors la valeur de RD RD=(VDD-VDS(passant))/ID(passant)

Application de MOS à enrichissement

Echantillonneur bloqueur:

Le MOS se comporte comme un interrupteur pouvant être monté en parallèle ou en série avec la charge. Le MOS à enrichissement convient parfaitement aux circuits de commutation parce qu'il est normalement bloqué.
Un échantillonneur bloqueur est un dispositif permettant de prélever et conserver à intervalle régulier les valeurs d'un signal appliqué à son entrée.

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Quand Vi passe au niveau haut, le MOS conduit, C se charge jusqu'à VA avec une constante rDS, C très petite. Quand Vi est au niveau bas le MOS s'ouvre, le condensateur se décharge sur RL avec une constante de temps très grande RLC par rapport à la période de Vi conséquence V0 demeure à VA.

L'inverseur CMOS:

On le construit à l'aide des transistors PMOS ou CMOS.
Leur symbole est:

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Leur caractéristique est:

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Si Vi<VDD/2 alors VS=VDD
Si Vi>VDD/2 alors VS=0

Il existe aussi des portes NAND CMOS donc le symbole est le suivant:

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D'une manière générale on réalise les CMOS dans les circuits numériques en particulier pour leur faible consommation.