MOSFET

¿Qué es un MOSFET?

MOSFET son las siglas de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Consiste en un transistor de efecto de campo basado en la estructura MOS. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica. Prácticamente la totalidad de los circuitos integrados de uso comercial están basados en transistores MOSFET gracias a sus diversas ventajas.

Los terminales de este tipo de transistor se llaman Drenador (drain), Fuente (source) y el tercer terminal es la compuerta (gate) que ya se conoce. La región que existe entre el drenador y la fuente y que es el camino obligado de los electrones se llama "canal". La corriente circula de Drenaje (D) Fuente (S)

El terminal de drenaje se polariza con respecto al terminal de fuente (Vdd) y la compuerta o Gate e polariza negativamente con respecto a la fuente (-Vgg)

Curva característica:

Principio de funcionamiento

Estado de corte.

Cuando VGS < Vth

Cuando la tensión de la puerta es idéntica a la del sustrato, el MOSFET está en estado de no conducción: ninguna corriente fluye entre fuente y drenador aunque se aplique una diferencia de potencial entre ambos. También se llama mosfet a los aislados por juntura de dos componentes.

En donde Vth es la tensión de umbral del transistor

De acuerdo con el modelo básico del transistor, en esta región el dispositivo se encuentra apagado. No hay conducción entre el surtidor y el drenador, de modo que el MOSFET se comporta como un interruptor abierto

La corriente de subumbral, la cual es una función exponencial de la tensión entre compuerta-surtidor está descrita aproximadamente por la siguiente expresión:

En donde ID0 es la corriente que existe cuando VGS = Vth

Conducción lineal.

Cuando VGS > Vth y VDS < ( VGS – Vth )

Al polarizarse la puerta con una tensión mayor que la tensión de umbral, se crea una región de agotamiento en la región que separa la fuente y el drenador. Si esta tensión crece lo suficiente, aparecerán portadores minoritarios (huecos en PMOS, electrones en NMOS) en la región de agotamiento, que darán lugar a un canal de conducción. El transistor pasa entonces a estado de conducción, de modo que una diferencia de potencial entre fuente y drenador dará lugar a una corriente. El transistor se comporta como una resistencia controlada por la tensión de compuerta.

La corriente entre el drenador y el surtidor es modelada por medio de la ecuación:

Donde es la movilidad efectiva de los portadores de carga,

es el ancho de compuerta,

es la longitud de compuerta y

es la capacitancia del óxido por unidad de área.

Saturación.

Cuando VGS > Vth y VDS > ( VGS – Vth )

Cuando la tensión entre drenador y fuente supera cierto límite, el canal de conducción bajo la puerta sufre un estrangulamiento en las cercanías del drenador y desaparece. La corriente entre fuente y drenador no se interrumpe, ya que es debido al campo eléctrico entre ambos, pero se hace independiente de la diferencia de potencial entre ambos terminales.

En esta región la corriente de drenador se modela con la siguiente ecuación:

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