J-FET de canal n J-FET (Transistor de efecto campo de unión) J-FET de canal p FET

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1 I. FET vs BJT Su nombre se debe a que el mecanismo de control de corriente está basado en un campo eléctrico establecido por el voltaje aplicado al terminal de control, es decir, a diferencia del BJT, el transistor de efecto de campo es un dispositivo controlado por voltaje (V GS ). El BJT es un dispositivo controlado por corriente (I B ). Se conoce también como transistor unipolar debido a que la corriente es conducida por 1 tipo de portador (electrones o huecos) según el material del que se construya el FET (canal p o canal n). El BJT es un transistor bipolar debido a que en él, la conducción de corriente se da por el desplazamiento de portadores de 2 polaridades: huecos (+) y electrones (-). En comparación con los BJT s, los transistores de efecto de campo son más estables ante los cambios de T. Los FET s son más fáciles de fabricar y su tamaño pequeño permite una mayor cantidad de dispositivos en un circuito integrado. II. CLASIFICACIÓN J-FET de canal n J-FET (Transistor de efecto campo de unión) J-FET de canal p FET MOSFET (Transistor de efecto campo de semiconductor óxido metálico) MOSFET de enriquecimiento o incremental MOSFET de deplexión o decremental Debido a que los MOSFET ocupan una pequeña área de silicio del C.I y su proceso de manufactura es relativamente sencillo, este tipo de transistores FET son muy populares desde Además, las funciones de lógica digital se pueden ejecutar con estos transistores sin necesidad de emplear diodos o resistencias; de aquí la razón por la que los C.I de VLSI (Very Large Scale Integration) se fabrican con tecnología MOS.

2 III. MOSFET INCREMENTAL a. Estructura física (Mosfet incremental de canal N) Dióxido de silicio (aislante) D (Drain) Región dopada n Contactos metálicos G (Gate) Sustrato de TIPO P SS (Sustrato o cuerpo) S (Source) Región dopada n Sustrato tipo P: Ofrece apoyo físico para todo el dispositivo, además de generar uniones PN con las regiones de Source y Drain. En operación normal, estas uniones permanecen polarizadas inversamente. Contactos metálicos: Permiten la conexión de los terminales Source y Drain con las regiones dopadas n. Dióxido de silicio (SiO 2 ): Aislador eléctrico que cubre el área entre las regiones de Source y Drain. Terminales Source y Drain : Regiones tipo N fuertemente contaminadas. Terminal Gate : Se forma depositando metal en la parte superior de la capa de óxido (SiO 2 ). En general, se considera que el MOSFET cuenta con 3 terminales: Drain, Source y Gate. Cuando se aplica un voltaje positivo al terminal Gate (V GS ), se crea una región n entre Drain y Source que permitirá la circulación de corriente entre estos 2 terminales; a esta región se le da el nombre de CANAL N. (de aquí el nombre de Mosfet de canal n). Canal N

3 El valor de V GS para el cual un número suficiente de electrones libres se acumula en la región del canal para formar un canal conductor, se conoce como voltaje umbral y se denota como V t. Este voltaje es POSITIVO para un MOSFET de canal n (caso contrario al MOSFET de canal p ) y es controlado durante la fabricación del dispositivo (por lo general su valor se encuentra entre 1 y 3 voltios). Cuando se induce un canal entre D y S, se genera un voltaje entre dichos terminales conocido como V DS. Para que un MOSFET conduzca, debe inducirse un canal entre drain y source. Cuando V GS > V t enriquece el canal (resistencia entre drain y source reducida). De aquí se deriva el nombre de MOSFET incremental o de enriquecimiento. El MOSFET de canal N, se suele denominar NMOS. b. Simbolo Mosfet incremental de CANAL N (voltajes y corrientes en su dirección respectiva): Mosfet incremental de CANAL P (voltajes y corrientes en su dirección respectiva):

4 c. Curva característica I D vs V DS Si se mantiene un voltaje constante de V GS (V GS > V t ) y se varía el voltaje V DS, el canal toma una forma cónica y su resistencia incrementa proporcionalmente con V DS.

5 Las zonas de operación de un MOSFET son: 1. Zona de corte: Es dispositivo está en corte cuando V GS < V t. 2. Zona de tríodo: Para operar un MOSFET en esta región, primero se debe inducir un canal (V GS V t ) y luego mantener V DS lo suficientemente pequeño para que el canal permanezca continuo (sin tomar la forma cónica) lo cual se logra asegurando V GD > V t. En resumen: a) Se induce un canal entre drain y source: V GS V t b) Se mantiene un canal continuo: V GD > V t,es decir, V DS < V GS V t En las zonas de corte y tríodo, el MOSFET opera como interruptor. 3. Zona de saturación: Para operar en esta zona, se deben cumplir los siguientes pasos: a) Se induce un canal entre drain y source: V GS V t b) Se genera un canal estrangulado (forma cónica): V GD V t,es decir, V DS > V GS V t Se dice que el MOSFET se encuentra en la frontera entre la región de tríodo y la de saturación cuando V DS = V GS V t. - En la zona de saturación, el MOSFET opera como amplificador. - El MOSFET saturado proporciona una corriente de drain (I D ) independiente de V DS y que está determinada por V GS, por lo tanto, en esta región, el dispositivo actúa como una fuente ideal corriente cuyo valor es controlado por V GS.

6 IV. MOSFET DECREMENTAL a. Estructura física (Mosfet decremental de canal n) D (Drain) Canal n G (Gate) Sustrato de TIPO P SS (Sustrato o cuerpo) S (Source) Región dopada n - A diferencia del mosfet incremental, el mosfet decremental tiene un canal físicamente implantado, es decir, en este transistor no es necesario inducir un canal entre drenador y fuente para que haya circulación de corriente. - Cuando se aplica un V GS negativo, la conductividad del canal disminuya y el transistor entra en la etapa de agotamiento. A medida que el voltaje negativo aumenta, se llega a un punto en el canal se encuentra completamente vacío de portadores de carga y por lo tanto i D se hace cero (aún cuando V DS todavía se puede aplicar). - El voltaje negativo V GS para el cual i D ya se ha reducido a cero, se conoce como el voltaje de umbral del mosfet decremental de canal n. - Se puede deducir que: el mosfet decremental se puede operar en el modo de enriquecimiento (mosfet incremental) al aplicar un V GS positivo y en el modo de agotamiento al aplicar un V GS negativo, lo cual se ilustra a continuación:

7 b. Símbolo Mosfet decremental de CANAL N Mosfet decremental de CANAL P NOTA: La diferencia en la simbología del Mosfet decremental respecto al incremental, radica en la línea gruesa que representa la existencia física del canal. c. Curva característica

8 Mosfet Incremental vs. Mosfet decremental:

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