Transistor FET (Field Effect Transistor)

• Alumno: Jorge Eduardo Real Salas•M° 1459811

• Turno : martes m4,m4,m6M.C. Ovidio Ochoa Ochoa

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 ..

• El transistor FET es un dispositivo semiconductor que controla un flujo de corriente por un canal semiconductor, aplicando un campo eléctrico perpendicular a la trayectoria de la corriente.

• El transistor FET está compuesto de una parte de silicio tipo N, a la cual se le adicionan dos regiones con impurezas tipo P llamadas compuerta (gate) y que están unidas entre si.

• Es un dispositivo electrónico como una resistencia controlada, es de la familia de los transistores.

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) a Fuente (S).

Aquí se ven las diferentes tipos de terminales que tiene el dispositivo.

• Este tipo de transistor se polariza de manera diferente al transistor bipolar. El terminal de drenaje se polariza positivamente con respecto al terminal de fuente (Vdd) y la compuerta o gate se polariza negativamente con respecto a la fuente (-Vgg).

• A mayor voltaje -Vgg, más angosto es el canal y más difícil para la corriente pasar del terminal drenador (drain) al terminal fuente o source. La tensión -Vgg para la que el canal queda cerrado se llama "punch-off" y es diferente para cada FET

• El transistor de juntura bipolar es un dispositivo operado por corriente y requieren que halla cambios en la corriente de base para producir cambios en la corriente de colector. El transistor FET es controlado por tensión y los cambios en tensión de la compuerta (gate) a fuente (Vgs) modifican la región de rarefacción y causan que varíe el ancho del canal.

• Aquí se explica como se polariza el transistor

• Curva característicadel transistor FET

• Este gráfico muestra que al aumentar el voltaje Vds (voltaje drenador - fuente), para un Vgs (voltaje de compuerta) fijo, la corriente aumenta rápidamente (se comporta como una resistencia) hasta llegar a un punto A (voltaje de estricción), desde donde la corriente se mantiene casi constante hasta llegar a un punto B (entra en la región de disrupción o ruptura), desde donde la corriente aumenta rápidamente hasta que el transistor se destruye.

• Aquí se ve el grafico de la curva característica del FET

• Si ahora se repite este gráfico para más de un voltaje de compuerta a surtidor (Vgs), se obtiene un conjunto de gráficos. Ver que Vgs es "0" voltios o es una tensión de valor negativo.

• Si Vds se hace cero por el transistor no circulará ninguna corriente. (ver gráficos abajo)

• Para saber cual es el valor de la corriente se utiliza la fórmula de la curva característica de transferencia del FET.

• Ver gráfico de la curva característica de transferencia de un transistor FET de canal tipo P en el gráfico inferior derecha. La fórmula es: ID = IDSS (1 - [Vgs / Vgs (off)] )

• donde:- IDSS es el valor de corriente cuando laVgs = 0- Vgs (off) es el voltaje cuando ya no hay paso de corriente entre drenaje y fuente (ID = 0)- Vgs es el voltaje entre entre la compuerta y la fuente para la que se desea saber ID

• Resistencia del canal RDS• Como Vgs es el voltaje que controla el paso de la corriente ID

(regula el ancho del canal), se puede comparar este comportamiento como un resistor cuyo valor depende del voltaje VDS. Esto es sólo válido para Vds menor que el voltaje de estricción

• Entonces si se tiene la curva característica de un transistor FET, se puede encontrar La resistencia RDS con la siguiente fórmula: RDS = VDS/ID

• Los símbolos del FET son:

• Es por eso que se dice que es como un resistor.

• Ventajas del FET• 1) Son dispositivos controlados por tensión con

una impedancia de entrada muy elevada (107 a 1012 ohmios).2) Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT.3) Los FET son más estables con la temperatura que los BJT.4) Los FET son más fáciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y permiten integrar más dispositivos en un CI.5) Los FET se comportan como resistencias controlados por tensión para valores pequeños de tensión drenaje-fuente.6) La alta impedancia de entrada de los FET les permite retener carga el tiempo suficiente para permitir su utilización como elementos de almacenamiento.7) Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes.

• Desventajas que limitan la utilización de los FET• 1) Los FET presentan una respuesta en frecuencia pobre

debido a la alta capacidad de entrada.2) Los FET presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los BJT.3) Los FET se pueden dañar debido a la electricidad estática.En este apartado se estudiarán brevemente las características de ambos dispositivos orientadas principalmente a susaplicaciones analógicas.

• Enlaces relacionados

• Comparativa de las gráficas de funcionamiento (curva de entrada o característica I-V y curva de salida) de los diferentes tipos de transistores de efecto de campo.

• Aquí la comparativa de las Graficas del funcionamientos de los tipos de transistores .

• 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.

• 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.• Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad

térmica

• CLASIFICACION• Podemos clasificar los transistores de efecto campo según el

método de aislamiento entre el canal y la puerta:• El MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)

usa un aislante (normalmente SiO2).• El JFET (Junction Field-Effect Transistor) usa una unión p-n• El MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor)

substituye la unión PN del JFET con una barrera Schottky.• En el HEMT (High Electron Mobility Transistor), también

denominado HFET (heterostructure FET), la banda de material dopada con "huecos" forma el aislante entre la puerta y el cuerpo del transistor.

• Los MODFET (Modulation-Doped Field Effect Transistor)

• CLASIFICACION• Los IGBT (Insulated-gate bipolar transistor) es un dispositivo

para control de potencia. Son comúnmente usados cuando el rango de voltaje drenaje-fuente está entre los 200 a 3000V. Aun así los Power MOSFET todavía son los dispositivos más utilizados en el rango de tensiones drenaje-fuente de 1 a 200V.

• Los FREDFET es un FET especializado diseñado para otorgar una recuperación ultra rápida del transistor.

• Los DNAFET es un tipo especializado de FET que actúa como biosensor, usando una puerta fabricada de moléculas de ADN de una cadena para detectar cadenas de ADN iguales

• . La característica de los TFT que los distingue, es que hacen uso del silicio amorfo o del silicio policristalino.