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TRANSISTORES EFECTO DE CAMPO

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Ivan Castañeda

on 6 December 2013

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TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
Transistor de efecto campo
El transistor de efecto campo es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial.
Los FET tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). La puerta es la terminal equivalente a la base del BJT (Bipolar Junction Transistor). El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente.
Ventajas
Son dispositivo controlados por tensión con una impedancia de entrada muy elevada.
Generan un nivel de ruido menor.
Son mas estables respecto a la temperatura.
Son mas fáciles de fabricar.
Se comportan como resistencias controladas.
Pueden retener carga por un tiempo suficiente para permitir su utilización como elemento de almacenamiento.
Desventajas
Presenta una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de entrada.
Presentan una linealidad muy pobre.
Se pueden dañar debido a la electricidad estática.
LOS MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO
Funcionamiento
Aplicaciones
La forma más habitual de emplear transistores MOSFET es en circuitos de tipo CMOS, consistentes en el uso de transistores PMOS y NMOS complementarios.

Las aplicaciones de MOSFET discretos más comunes son:

Resistencia controlada por tensión.
Circuitos de conmutación de potencia (HEXFET, FREDFET, etc).
Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta.
Ventajas con respecto a transistores bipolares
La principal aplicación de los MOSFET está en los circuitos integrados PMOS, NMOS y CMOS, debido a las siguientes ventajas de los transistores de efecto de campo con respecto a los transistores bipolares:
Consumo en modo estático muy bajo.
Tamaño muy inferior al transistor bipolar (actualmente del orden de media micra).
Gran capacidad de integración debido a su reducido tamaño.
Funcionamiento por tensión, son controlados por voltaje por lo que tienen una impedancia de entrada muy alta. La intensidad que circula por la puerta es del orden de los nanoamperios.
Los circuitos digitales realizados con MOSFET no necesitan resistencias, con el ahorro de superficie que conlleva.
La velocidad de conmutación es muy alta, siendo del orden de los nanosegundos.
Cada vez se encuentran más en aplicaciones en los convertidores de alta frecuencias y baja potencia.
Historia
El transistor de efecto de campo fue patentado por Julius Edgar Lilienfeld en 1925 y por Oskar Heil en 1934, pero los dispositivos semiconductores fueron desarrollados en la práctica mucho después, en 1947 en los Laboratorios Bell, cuando el efecto transistor pudo ser observado y explicado. El equipo detrás de estos experimentos fue galardonado con el Premio Nobel de Física. Desde 1953 se propuso su fabricación por Van Nostrand (5 años después de los BJT). Aunque su fabricación no fue posible hasta mediados de los años 80's .
La mayoría de los FET están hechos usando las técnicas de procesado de semiconductores habituales, empleando la oblea monocristalina semiconductora como la región activa o canal. La región activa de los TFT (thin-film transistor, o transistores de película fina) es una película que se deposita sobre un sustrato (usualmente vidrio, puesto que la principal aplicación de los TFT es como pantallas de cristal líquido o LCD).
Su construcción
Características
Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta (casi 100MΩ).

No tiene un voltaje de unión cuando se utiliza como conmutador (interruptor).

Hasta cierto punto es inmune a la radiación.

Es menos ruidoso y estables con relacion a la temperatura.

Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad térmica.
Tipo de transistores de efecto campo
El canal de un FET es dopado para producir tanto un semiconductor tipo N o uno tipo P. El drenador y la fuente deben estar dopados de manera contraria al canal en el caso de FETs de modo mejorado, o dopados de manera similar al canal en el caso de FETs en modo agotamiento. Los transistores de efecto de campo también son distinguidos por el método de aislamiento entre el canal y la puerta.
Podemos clasificar los transistores de efecto campo según el método de aislamiento entre el canal y la puerta:
El MESFET
El HEMT
Los IGBT
Los MODFET
El JFET
El MOSFET
Metal-Semiconductor Field Effect Transistor
Es muy similar a un JFET en la construcción y la terminología. La diferencia es que en lugar de utilizar una unión p-n para una puerta, se utiliza un diodo Schottky (metal-semiconductor) de unión. MESFETs generalmente se construyen en las tecnologías de semiconductores compuestos que carecen de pasivación de superficie de alta calidad, tales como GaAs, InP o SiC, y son más rápidos pero más caros que los JFET MOSFET o basados ​​en silicio.
High Electron Mobility Transistor
son un tipo de transistor de efecto de campo que incorporan una unión entre dos materiales con diferentes bandas prohibidas, una heterounión, como canal de conducción en vez de una región dopada como es generalmente el caso de los MOSFET.
Modulation-Doped Field Effect Transistor
Es un tipo de un transistor de efecto de campo, también conocida como la alta movilidad de electrones de transistor (HEMT). Al igual que otros FET, MODFETs se utilizan en los circuitos integrados digitales como interruptores de encendido y apagado. FET también se pueden usar como amplificadores para grandes cantidades de corriente utilizando un pequeño voltaje como una señal de control. Ambos usos son posibles gracias a las características únicas de corriente-voltaje de la FET.
Insulated-gate bipolar transistor
Es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia. Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT.
Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
El transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor o MOSFET (en inglés Metal-oxide-semiconductor Field-effect transistor) es un transistor utilizado para amplificar o conmutar señales electrónicas. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica, ya sea en circuitos analógicos o digitales, aunque el transistor de unión bipolar fue mucho más popular en otro tiempo. Prácticamente la totalidad de los microprocesadores comerciales están basados en transistores MOSFET.
Junction Field-Effect Transistor
El JFET (Junction Field-Effect Transistor, en español transistor de efecto de campo de juntura o unión) es un dispositivo electrónico, esto es, un circuito que, según unos valores eléctricos de entrada, reacciona dando unos valores de salida. En el caso de los JFET, al ser transistores de efecto de campo eléctrico, estos valores de entrada son las tensiones eléctricas, en concreto la tensión entre los terminales S (fuente) y G (puerta), VGS. Según este valor, la salida del transistor presentará una curva característica que se simplifica definiendo en ella tres zonas con ecuaciones definidas: corte, óhmica y saturación.
Estructura del MOSFET en donde se muestran las terminales de compuerta (G), sustrato (B), surtidor (S) y drenador (D). La compuerta está separada del cuerpo por medio de una capa de aislante (blanco).
Partes de un FET
MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO
El principio básico de operación de este tipo de transistor fue patentado por primera vez por el austrohúngaro Julius Edgar Lilienfeld en 1925. Debido a los requerimientos de carácter tecnológico para la fabricación de la intercara lisa y libre de defectos entre el sustrato dopado y aislante, este tipo de dispositivos no se logró fabricar hasta décadas más tarde, pero los fundamentos teóricos estaban contenidos en la patente original.
Historia
Tienen un canal conductor en su estado de reposo, que se debe hacer desaparecer mediante la aplicación de la tensión eléctrica en la compuerta, lo cual ocasiona una disminución de la cantidad de portadores de carga y una disminución respectiva de la conductividad.
Se compone de una pieza de material Tipo n con una zona p a la derecha y una puerta aislada a la izquierda. La Zona p se denomina substrato (o cuerpo). Los electrones que circulan desde La fuente hacia el drenador deben pasar a través del estrecho canal entre la Puerta y la zona p. La puerta está aislada eléctricamente del canal. Por ello, la resistencia de entrada es muy alta. El MOSFET de empobrecimiento tiene un uso limitado, principalmente en circuitos de radiofrecuencia.
Canal N
Canal P
Existen 2 tipos de transistores MOSFET empobrecimiento:
MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO CANAL N.
La construcción básica de un MOSFET de empobrecimiento canal n, consta de una placa base donde se construye el dispositivo que es de tipo p a partir de una base de silicio conocida como sustrato.
MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO CANAL P.
La construcción de un MOSFET empobrecimiento tipo p es exactamente opuesta a la de un tipo n, las terminales no cambian, pero las polaridades de voltaje y las direcciones de corriente se invierten.
CONSTRUCCIÓN BASICA
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