Transistores Efecto De Campo

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

Definición:

Los transistores de efecto de campo, conocidos generalmente como TEC ó (FET por sus siglas en ingles ), son un dispositivo unipolar, ya que la corriente existe tanto en forma de electrones como de huecos. En un FET de canal n, la corriente se debe a electrones, mientras que en un FET de canal p, se debe a huecos. Ambos tipos de FET se controlan por una tensión entre la compuerta y la fuente.

Los símbolos ilustrados se refieren al transistor de efecto de campo de juntura. Los TEC a y b han sido indicados como tipos N y P de acuerdo al empleo de los materiales tipo N y P en la fabricación de estos dispositivos.

El TEC tiene tres elementos. El terminal ánodo se conoce como el drenaje y el terminal cátodo se conoce como fuente. El drenaje equivale al colector. La fuente equivale al emisor de un transistor bipolar. La puerta equivale a la base.

Además existen otros TEC que utilizan metales y materiales óxidos, dando como un resultado un TEC que se conocen como Transistor de Efecto de Campo de óxido de metal y semiconductor, que se abrevia TELCOMS ó (MOSFET por sus iniciales en y ingles ). Otro avance en el TEC es un dispositivo con dos terminales, llamados puertas frontal y puerta trasera, este dispositivo es el TEC tetrodo. En la siguiente figura se muestran los símbolos de estas modificaciones del TEC de juntura. En los símbolos para estos dispositivos, la D significa drenaje, la P = puerta, la F = fuente.

Tipos: Se consideran tres tipos principales de FET:

El primero de ellos, el JFET, ya no se trata de una combinación tan sencilla entre los semiconductores como en el caso de los transistores N-P-N, P-N-P. Ahora la forma de obtenerlos es algo más rebuscada. Sin embargo, sus propiedades hacen que merezca la pena su construcción, ya que son utilizados en gran medida por los fabricantes de circuitos electrónicos.

A su vez existen dos tipos de transistores JFET. La razón es sencilla, si tomamos uno de ellos y cambiamos los tipos de semiconductores, es decir, donde hay semiconductores de tipo P ponemos semiconductores de tipo N y viceversa, obtenemos otro transistor JFET pero de características distintas.

Así pues, para distingirlos, llamamos FET de canal p al primero y FET de canal n al segundo. Veremos cómo las propiedades de ambos no sólo son distintas sino que son más bien opuestas.

Para aplicar su funcionamiento hay que tener en cuenta que tenemos dos tipos distintos de voltajes. Esto es debido a que el FET consta de tres semiconductores unidos y por tanto existen dos zonas de unión entre ellos. Así pues, vamos a considerar la diferencia de potencial entre drenaje y fuente a la que llamaremos Vds, y la diferencia de potencial entre puerta y fuente la cual estará representada por Vgs.

Estudiar las características de un transistor consta en “jugar” con las dos tensiones de que disponemos, aumentándolas, disminuyéndolas y observando qué pasa con la corriente que lo atraviesa.

Para estudiar su comportamiento, vamos a dejar fija la tensión entre la puerta y la fuente, Vgs, y vamos a suponer que variamos la tensión entre el drenador y la fuente, Vds.

Se pueden distinguir tres zonas según vamos aumentando el potencial Vds, estas son: zona óhmica, zona de saturación y zona de ruptura.

En la zona óhmica, el transistor se comporta como una resistencia (óhmica), es decir, si aumentamos el potencial, Vds, crece la corriente (y) en la misma proporción, esta situación se mantiene así hasta que el potencial alcanza un valor aproximadamente de unos cinco voltios. A partir de este valor, si seguimos aumentando esa diferencia de potencial entre drenador y fuente, es decir, si seguimos aumentando Vds, el transistor entra en la zona de saturación. Aquí su comportamiento es totalmente distinto al anterior, ya que, aunque se siga aumentando Vds, la corriente permanece constante. Si seguimos aumentando el potencial Vds de nuevo, llagamos a un valor de éste a partir del cual el comportamiento del transistor vuelve a cambiar. Este valor tiene que ser del orden de 40 voltios. Decimos entonces que hemos entrado en la zona de ruptura. A partir de este punto la corriente i puede circular libremente, independientemente de que sigamos aumentando el valor de Vgs. Es esta la razón por la cual los JFET se pueden utilizar como interruptores de encendido y apagado, propiedad esta fundamental en la computación. Un JFET se encuentra en estado OFF (interruptor cerrado) cuando Vds es cero, ya que no pasa corriente alguna, y en estado ON (interruptor abierto) cuando Vds pasa de los 40 voltios. Evidentemente, estos valores reales dependerán del tipo de transistor del que hablemos, ya existen FET para circuitos integrados y FET de potencia, estos últimos con valores algo mayores que los primeros.

Otro de los tipos de FET es el conocido como MOSFET

Por último, vamos a hablar del transistor más utilizado en la actualidad, esto es el del MOSFET. La estructura de este transistor es la más complicada de entre todos los vistos hasta ahora. Consta de los ya conocidos semiconductores P-N, colocados ahora de una nueva forma, y de un original material aislante, como es el dióxido de silicio; esta pequeña adición de la capa del óxido va a cambiar considerablemente las propiedades del transistor respecto a las que tenia el JFET.

Existen dos tipos de MOSFET: cuando tengamos una zona tipo P y dos tíos N lo llamaremos MOSFET de canal n (o NMOS) y, por el contrario, si hay una sola zona tipo N y otras dos tipo P se llamará MOSFET de canal P (o PMOS).

MOSFET de Empobrecimiento:

El MOSFET de empobrecimiento de canal n

El MOSFET de canal n se establece en un sustrato p, que es el silicio contaminado de tipo p. Las regiones contaminadas de tipo n de la fuente y el drenaje forman conexiones de baja resistencia entre los extremos del canal n u los contactos de aluminio de la fuente (S) y el drenaje (D). Se hace crecer una capa se SiO2, que es un aislante, en la parte superior del canal. Se deposita una capa de aluminio sobre el aislante de SiO2 para formar la terminal de compuerta (G).

El desempeño del MOSFET de empobrecimiento, es similar al JFET. El JFET se controla por la unión pn entre la compuerta y el extremo del drenaje del canal. No existe dicha unión en el MOSET de enriquecimiento, y capa de SiO2 actúa como aislante. Para el MOSFET de canal n, una vGS negativa saca los elementos de la región del canal, empobreciéndolo. Cuando vGS alcanza Vp, el canal se estrangula. Los valores positivos de vGS aumentan el tamaño del canal, dando por resultado un aumento en

...