Transistor FET
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Transistor FET Desde 1953 se propuso su fabricación (5 años después de los BJT), aunque su fabricación fue posible hasta mediados de los años 60's. Características: • • • • Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta (casi 100M). Hasta cierto punto es inmune a la radiación. Es menos ruidoso. Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad térmica. Tipos de transistores de efecto campo • • • • • • • • JFET (Junction Field-Effect Transistor) usa una unión p-n MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) usa un aislante (normalmente SiO2). MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) substituye la juntura del JFET con una barrera Schottky. 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. MODFET (Modulation-Doped Field Effect Transistor) IGBT (Insulated-gate bipolar transistor) es un dispositivo para control de potencia. Son comunmente usados cuando el rango de voltaje drenaje-fuente está entre los 200 a 3000V. Aún así los Power MOSFET todavía son los dispositivos más utilizados en el rango de tensiones drenaje-fuente de 1 a 200V. FREDFET es un FET especializado diseñado para otorgar una recuperación ultra rápida del transistor. DNAFAD 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 1 Transistor JFET Ya en 1925, se había visualizado el JFET y para mediados de los años 30 se patentó la teoría de funcionamiento del dispositivo. Sin embargo, la tecnología del momento no permitió producir los cristeles dopados con la precisión requerida y por ello hasta mediados de los años 60 que se contó con el primer JFET práctico. 2 VCR: Resistencia controlada por Voltaje Saturación rDS ≈ VP02 iDS = IP0 1 + vGS VDS > VP = VP0 + VGS 2IP0(VGS + VP0) 2 iDS = IP0 Motorola: BFR31 Con VP0 > 0 vP0 1 - vGS vP0 Con VP0 < 0 IP0 = 5 mA IP0 = IDSS iDS = 2.55 mA D:Drain G:gate S:Source VP0 = 3.5 V (pinch-off) Voltaje de estrangulamiento: VP = VP0 + VGS 2 30 V RD = 8.67 K Ω BFR31 2.7 MΩ RS =1K Ω iDS = vGS = vDS = 30 V R1 VGG RD BFR31 R2 RS VGG = RS = RD = R1 = R2 = 3 Transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) Aplicaciones Inventado en 1960, Laboratorios Bell, 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. Características: • 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. • Un circuito realizado con MOSFET no necesita resistencias, con el ahorro de superficie que conlleva. rDS ≈ 1 2kn(vGS - VTN) VCR: Resistencia controlada por Voltaje Saturación iDS = kn (vGS – VTN)2 VDS > vGS - VTN Vth = VTN S kn = µnCox W 2 L µn: Movilidad de los portadores en el canal Cox: Capacitancia del óxido metálico W: Ancho del canal L: Longitud del canal G D n+ n+ p Sustrato 4 2 iDS JFET iDS = IP0 1 + vGS vP0 IP0 -VP0 vGS iDS = kn (vGS – VTN)2 iDS iDS MOSFET MOSFET (Empobrecimiento - depletion) (Enriquecimiento - enhancement) VTN vGS VTN IP0 vGS 5 Inversor Lógico CMOS Vi pMOS Vo A pMOS nMOS Q VSS on off VDD VDD off on VSS nMOS VSS = 0 lógico VDD = 1 lógico A Q 0 1 1 0 iDS = kn (vGS – VTN)2 iDS pMOSFET nMOSFET (Enriquecimiento - enhancement) (Enriquecimiento - enhancement) VSS VTN VTN VDD vGS Encuentre el valor de RD para garantizar un VDS de 5V + 10 iDS = kn (vGS – VTN)2 RG RD MRF150 kn = 1.25 A/V2 VTN = 3 V iDS = RD = 6 30 V R1 VGG RD = 1.2 Ω MRF150 R2 VGG = RS = R1 = R2 = RS 7
