Transistor MOSFET de empobrecimiento canal P.
HISTORIA
Fue ideado teóricamente por el austrohúngaro Julius von Edgar Lilienfeld en 1930,
aunque debido a problemas de carácter tecnológico y el desconocimiento acerca
de cómo se comportan los electrones sobre la superficie del semiconductor no se
pudieron fabricar hasta décadas más tarde. En concreto, para que este tipo de
dispositivos pueda funcionar correctamente, la intercara entre el sustrato dopado
y el aislante debe ser perfectamente lisa y lo más libre de defectos posible. Esto es
algo que sólo se pudo conseguir más tarde, con el desarrollo de la tecnología del silicio.
FUNCIONAMIENTO
Un transistor MOSFET consiste en un sustrato de material semiconductor dopado en el que,
mediante técnicas de difusión de dopantes, se crean dos islas de tipo opuesto separadas
por un área sobre la cual se hace crecer una capa de dieléctrico culminada por una capa de
conductor. Los transistores MOSFET se dividen en dos tipos fundamentales dependiendo de
cómo se haya realizado el dopaje:
- Tipo nMOS: Sustrato de tipo p y difusiones de tipo n.
- Tipo pMOS: Sustrato de tipo n y difusiones de tipo p.
Las áreas de difusión se denominan fuente(source) y drenador(drain), y el conductor entre
ellos es la puerta(gate).
Curvas característica y de salida de un transistor MOSFET de acumulación canal n
Curvas característica y de salida de un transistor MOSFET de deplexión canal n.
El transistor MOSFET tiene tres estados de funcionamiento:
Estado de corte
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. También se llama mosfet a
los aislados por juntura de dos componentes.
[editar]Conducción lineal
Al polarizarse la puerta con una tensión negativa (pMOS) o positiva (nMOS), se crea una
región de deplexión en la región que separa la fuente y el drenador. Si esta tensión crece lo
suficiente, aparecerán portadores minoritarios (electrones en pMOS, huecos en nMOS) en la
región de deplexión 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 puerta.
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.
[editar]Modelos matemáticos
- Para un MOSFET de canal inducido tipo n en su región lineal:
donde en la que b es el ancho del canal, μn la movilidad de los electrones, es la permitividad eléctrica de la capa de óxido, L la longitud del canal y W el espesor de
capa de óxido.
- Cuando el transistor opera en la región de saturación, la fórmula pasa a ser la siguiente:
Estas fórmulas son un modelo sencillo de funcionamiento de los transistores MOSFET,
pero no tienen en cuenta un buen número de efectos de segundo orden, como por ejemplo:
- Saturación de velocidad: La relación entre la tensión de puerta y la corriente de drenador
- no crece cuadráticamente en transistores de canal corto.
- Efecto cuerpo o efecto sustrato: La tensión entre fuente y sustrato modifica la tensión
- umbral que da lugar al canal de conducción
- Modulación de longitud de canal.
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
La principal aplicación de los MOSFET está en los circuitos integrados,
p-mos, n-mos y c-mos, debido a varias ventajas sobre 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 impedencia 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 alta frecuencias y baja potencia.
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