Transistores  de efecto de campo:

MOSFET, JFET:

Antecedentes de los transistores:

El transistor fue descubierto en diciembre de 1947 y dado a conocer en junio de 1948, en los laboratorios Bell por Bardeen, Brattain y Shockley. Estos científicos buscaban un sustituto de los tubos de vacío, comúnmente llamados válvulas. Descubrieron el transistor de punta de contacto. Más tarde Shockley creo el transistor de unión. En julio de 1951 los laboratorios Bell anunciaban la creación de este transistor vendiéndolas a $25000. Este fue el principio de la industria del transistor. Los primeros en comprarlas fueron RCA, Raytheon, General Electric, Texas Instruments y transitron.

Los primeros transistores fueron de Germanio, sin embargo, conocidas las propiedades del silicio en cuanto a voltaje y disipación térmica, desbancó a este. En 1995 se fabricaron los primeros transistores de silicio.

Tipos de transistores:

Transistores Bipolares  de unión, BJT,(del inglés, Bipolar junction Transistor). Existen dos tipos que son el NPN y el PNP. El término bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan en el proceso de inyección hacia el material polarizado de forma opuesta.

Las áreas de difusión de denominan fuente (sourse) y drenador (drain), y el conductor entre ellos es la puerta (gate). El transistor MOSFET tiene tres estados de funcionamiento:

TRANSISTOR FET.

De efecto de campo de unión: también llamado transistor unipolar, fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica.

Definición:

FET, Transistor efecto de campo (Field-effect transistor o FET, en inglés)

Es un dispositivo de tres terminales y dos junturas, creado en un material semiconductor sólido cristalino (generalmente germanio, silicio, ó arseniuro de galio) con diferentes contaminaciones, que permite regular la circulación de una corriente eléctrica mediante una corriente de control, mucho menor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial.

Simbología del Transistor FET

Símbolos gráficos para un FET de canal P

Fundamento de transistores de efecto de campo:

Los transistores son tres zonas semiconductoras juntas dopadas alternativamente con purezas donadoras o aceptadoras de electrones. 

Su estructura y representación se muestran en la tabla.

Las uniones Puerta-Drenador y la Surtidor-Puerta están polarizadas en inversa de tal forma que no existe otra corriente que la inversa de saturación de la unión PN.

La zona n (en el FET canal n) es pequeña y la amplitud de la zona de deplexión afecta a la longitud efectiva del canal. La longitud de la zona de deplexión y depende de la tensión inversa (tensión de puerta).

Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET):

• ·         Zona óhmica o lineal: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de VGS. Un parámetro que aporta el fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para VDS=0 (rds on), y distintos valores de VGS.
• ·         Zona de saturación: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobernada por VGS.
• ·         Zona de corte: la intensidad de drenador es nula (ID=0)

A diferencia del transistor BJT, los terminales drenador y surtidor del FET pueden intercambiar sus papeles sin que se altere apreciablemente la característica V-I (se trata de un dispositivo simétrico).

Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar:

APLICACIÓN	PRINCIPAL VENTAJA	USOS
Aislador o separador   (buffer)	Impedancia de entrada alta y de salida baja	Uso general, equipo de medida, receptores
Amplificador de RF	Bajo ruido	Sintonizadores de FM, equipo para comunicaciones
Mezclador	Baja distorsión de intermodulación	Receptores de FM y TV,equipos para comunicaciones
Amplificador con CAG	Facilidad para controlar ganancia	Receptores, generadores de señales
Amplificador cascodo	Baja capacidad de entrada	Instrumentos de medición, equipos de prueba
Troceador	Ausencia de deriva	Amplificadores de cc, sistemas de control de dirección
Resistor variable por   voltaje	Se controla por voltaje	Amplificadores operacionales, órganos electrónicos, controlas de tono
Amplificador de baja   frecuencia	Capacidad pequeña de acoplamiento	Audífonos para sordera, transductores inductivos
Oscilador	Mínima variación de frecuencia	Generadores de frecuencia patrón, receptores
Circuito MOS digital	Pequeño tamaño	Integración en gran escala, computadores, memorias

Siempre nos va a interesar estar en la región de saturación, para que la única variable que me controle la cantidad de corriente que pase por el drenador sea la tención de puerta.

Ecuación de Shockley:

TRANSISTOR MOSFET

Es un tipo especial de transistor FET que tiene una versión NPN y otra PNP.

El NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal P.

Una delgada capa de material aislante formada de dióxido de silicio (SiO2) (también llamada "sílice" o "sílica") es colocada del lado del semiconductor y una capa de metal es colocada del lado de la compuerta (GATE) (ver la figura

Transistores de efecto de campo de metal-oxido semiconductor. En estos componentes, cada transistor es formado por dos islas se silicio, una dopada para ser positiva, y la otra para ser negativa, y en el medio, actuando actuando como una puerta, un electrodo de metal.

Un transistor MOSFET consiste en un sustrato de material semiconductor dopado en el que, mediante técnicas de difusión de dopantes, se crean dos islas de tipo opuesto separadas por un área sobre la cual se hace crecer una capa de dieléctrico culminada por una capa de conductor. Los transistores MOSFET se dividen en dos tipos fundamentales dependiendo de cómo se haya realizado el podaje:

·       Tipo nMOS: Sustrato de tipo p y difusiones de tipo n.

·       Tipo pMOS: Sustrato de tipo n y difusiones de tipo p.

El transistor MOSFET tiene tres estados de funcionamiento:

1.        Estado de corte

2.      Conducción lineal

3.      Saturación.

OPERACIÓN BASICA:

En el MOSFET de canal N la parte "N" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain)

En el MOSFET de canal P la parte "P" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain)

En los transistores bipolares la corriente que circula por el colector es controlada por la corriente que circula por la base. Sin embargo en el caso de los transistores FET, la corriente de salida es controlada por una tensión de entrada (un campo eléctrico). En este caso no existe corriente de entrada.

Los transistores MOSFET se pueden dañar con facilidad y hay que manipularlos con cuidado. Debido a que la capa de óxido es muy delgada, se puede destruir con facilidad si hay alta tensión o hay electricidad estática.

Tanto en el MOSFET de canal N o el de canal P, cuando no se aplica tensión en la compuerta no hay flujo de corriente entre en drenaje (Drain) y la fuente (Source)

Para que circule corriente en un MOSFET de canal N una tensión positiva se debe aplicar en la compuerta.

Así los electrones del canal N de la fuente (source) y el drenaje (Drain) son atraídos a la compuerta (Gate) y pasan por el canal P entre ellos.

El movimiento de estos electrones, crea las condiciones para que aparezca un puente para los electrones entre el drenaje y la fuente. La amplitud o anchura de este puente (y la cantidad de corriente) depende o es controlada por la tensión aplicada a la compuerta.

En el caso del MOSFET de canal P, se da una situación similar. Cuando se aplica una tensión negativa en la compuerta, los huecos (ausencia de electrones) del canal P del drenaje y de la fuente son atraídos hacia la compuerta y pasan a través del canal N que hay entre ellos, creando un puente entre drenaje y fuente. La amplitud o anchura del puente (y la cantidad de corriente) depende de la tensión aplicada a la compuerta.

Debido a la delgada capa de óxido que hay entre la compuerta y el semiconductor, no hay corriente por la compuerta. La corriente que circula entre drenaje y fuente es controlada por la tensión aplicada a la compuerta.

Nota: El sentido de la corriente mostrada en los diagramas el es convencional, no la del flujo de electrones.

MANIPULACION DEL MOSFET:

El aislamiento entre la compuerta y el canal es el dióxido de silicio (SiO2).

Ver el diagrama.

Esta capa aislante (área gris) es tan delgada que se si produjera un campo eléctrico fuerte, podría destruirse, es por eso que la manipulación del MOSFET es tan importante

Debido a la alta resistencia de la capa de dióxido de silicio, la carga en el capacitor no se dispersa rápidamente, sino que se acumula. Esta acumulación de carga puede producir un campo eléctrico destructivo.

El mayor peligro para un MOSFET son las cargas estáticas durante la manipulación del mismo en un día seco. También causan peligro los cautines para soldar, que por lo general no están aislados de la línea de corriente alterna (C.A.).