Un transistor es un dispositivo que controla la corriente que fluye hacia el canal de una aplicación de señal eléctrica de baja potencia. Se clasifican de dos formas:
1. Transistores de unión bipolares (BJT). Un dispositivo controlado por corriente, ya que se utiliza una pequeña cantidad de corriente para controlar su flujo en un canal.
2. Transistores de efecto de campo (FET). Un dispositivo controlado por voltaje porque se utiliza un voltaje pequeño para controlar la corriente que fluye en un canal.
Este artículo se centra en los distintos tipos de FET e incluye un cuadro comparativo.
Transistor de efecto de campo de unión (JFET)
En un JFET, una fina capa de material semiconductor resistivo de tipo N o P forma un canal. Normalmente se utiliza silicio tipo N o P, lo que permite que la mayoría de los portadores fluyan a través de dos conexiones eléctricas óhmicas (llamadas "drenaje" y "fuente") formadas en cada extremo del canal. También se forma un tercer contacto óhmico (la "puerta").
Las distintas capas de un JFET.
Un voltaje aplicado a la puerta controla la corriente que fluye a través del canal. Cuando un voltaje de fuente de drenaje hace que la corriente de drenaje fluya hacia el canal resistivo, la corriente se distribuye equitativamente.
Sin embargo, debido a su naturaleza resistiva, se forma un pequeño gradiente que disminuye en magnitud a medida que el flujo se mueve desde el drenaje hasta la terminal fuente. Esto da como resultado una unión PN con una polarización inversa mayor en el terminal de drenaje y una polarización inversa más pequeña en el terminal de fuente.
Esta tendencia forma una capa de agotamiento dentro del canal. Su ancho aumenta con el sesgo.
Los FET se clasifican en:
1. JFET de canal N : impurezas dopantes que forman una corriente de flujo negativo en forma de electrones.
2. JFET de canal P : aceptor de impurezas que forman una corriente de flujo positivo en forma de agujeros.
Se prefieren los JFET de canal N a los JFET de canal P porque los electrones ofrecen más conducción que los huecos.
Formularios
- Como amplificador de alta impedancia y bajo ruido.
- Como amplificador buffer con alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida.
- Como amplificadores de RF en la sección del receptor de la unidad de comunicaciones (porque un JFET es ideal en operaciones de señal de baja corriente).
- Como multiplexores analógicos, que se pueden fabricar utilizando JFET.
Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET)
Un MOSFET es un dispositivo de tres terminales con un electrodo de puerta que es un semiconductor de óxido metálico, aislado eléctricamente del canal portador de corriente por una fina capa de dióxido de silicio (llamada “vidrio”).
El aislamiento del electrodo de puerta hace que la resistencia de entrada sea extremadamente alta, del orden de unos pocos megaohmios. Como resultado, los MOSFET se dañan fácilmente por una gran acumulación de cargas estáticas.
Construcción OC de un MOSFET.
La terminal de puerta utiliza un campo eléctrico para cambiar el flujo de transportistas en el canal. El electrodo de compuerta se coloca encima de un material aislante delgado con un par de N regiones debajo de los terminales de fuente y drenaje.
Como se mencionó, un JFET está polarizado y normalmente polariza de manera inversa la unión PN, pero tales condiciones no existen en un MOSFET. Sin embargo, pueden verse influenciados por una polaridad positiva o negativa. Además de clasificar un MOSFET como tipo N y tipo P, hay dos tipos adicionales disponibles.
1. MOSFET de tipo agotamiento : el transistor puede encenderse sin aplicar polarización de puerta, lo que equivale a un "interruptor normalmente cerrado ".
2. Tipo de mejora MOSFET : el transistor se puede encender con la aplicación de polarización de puerta, lo que equivale a un "interruptor normalmente abierto ".
Formas:
- Millones de MOSFET están integrados en circuitos integrados digitales, como microprocesadores y dispositivos de memoria, para implementar puertas lógicas y almacenamiento de datos.
- Se utiliza como fuente de alimentación conmutada y variadores de frecuencia.
- Se utiliza como señal analógica y amplificador de potencia en amplificadores de RF a UHF.
- Se utilizan como osciladores y mezcladores para convertir frecuencias en sistemas de radio.
Transistor de efecto de campo de heterounión (HFET)
Los transistores de efecto de campo utilizados para aplicaciones de alta velocidad, como teléfonos móviles, son transistores de alta movilidad de electrones (HEMT) o transistores de efecto de campo de heterounión (HFET).
Estos transistores incorporan materiales con diferentes bandas prohibidas. El canal está hecho de dos materiales diferentes (a diferencia del dopaje utilizado en los MOSFET), lo que lo hace ideal para aplicaciones de alta velocidad.
Construcción de un HFET utilizado para aplicaciones de alta velocidad.
Se puede utilizar una variedad de combinaciones de materiales según las demandas de la aplicación. El nitruro de galio (GaN) y el nitruro de galio y aluminio (AlGaAs) son ahora los materiales más comunes. Alguna vez se consideró que tenía un rendimiento de alta potencia, el indio ha sido reemplazado por GaN, que tiene respuestas de alta frecuencia.
A diferencia de otros FET, los HFET funcionan de manera diferente. Para una conducción eficaz, los semiconductores están dopados con materiales que proporcionan una cantidad suficiente de electrones y huecos móviles. Sin embargo, estos electrones pierden toda su energía durante las colisiones y no contribuyen mucho a la conducción. Este no es el caso de los HFET.
Debido a que los HFET utilizan dos materiales: AlGaN (con una banda prohibida ancha altamente dopada) y GaN (una banda prohibida estrecha no dopada), se logra una alta movilidad electrónica cuando los electrones de una capa delgada de AlGaN tipo N caen libremente sobre el GaN, formando un AlGaN empobrecido. capa.
Estos electrones que "caen" luego se mueven libremente en la banda de conducción de Gan sin escapar ni chocar con impurezas. Esto se debe a que GaN no está dopado y tiene mayor afinidad. Los electrones forman una capa conductora muy delgada con mayor concentración, lo que le da al canal una baja resistividad y una alta movilidad de los electrones. Esta capa se llama gas de electrones 2D.
Los HFET son:
1. pHEMT (HEMT pseudomórfico) : utiliza materiales de heterounión con diferentes constantes de red.
2. mHEMT (HEMT metamórfico) : tiene una capa amortiguadora entre los dos materiales de heterounión.
Formas:
- Como amplificadores de señal pequeña y de bajo ruido, amplificadores de potencia, osciladores y mezcladores.
- Como aplicaciones de diseño de RF cuando se incorporan a circuitos integrados monolíticos.
- Como por ejemplo sistemas de guerra electrónica como radar y radioastronomía.
Comparación de JFET, MOSFET y HFET
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JFET |
MOSFET |
HFET |
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Material usado |
Principalmente silicio |
Principalmente silicio |
III-V y Si, SiGe |
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Impedancia de entrada |
Alto |
Muy alto |
Alto |
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terminal de puerta |
Unión PN |
Puerta aislada |
Puerta Schottky |
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cadena de puerta |
corriente de fuga |
Sin cadena de puerta |
Cadena de puerta pequeña |
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Canal |
Canal de agotamiento |
canal de inversión |
Canal de acumulación |
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Tipos |
Canales N y P | Canales N y P |
Principalmente HFET tipo N |
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Canal JFET |
canal MOSFET |
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Nodo de sustrato |
sesgado |
sesgado |
No polarizado (conectado a tierra) |
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No existe tal manera |
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| Modo de operación | Modo de agotamiento | Modos de agotamiento y mejora. | ||
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Formularios |
Multiplexores analógicos, |
SMPS, microprocesadores |
Amplificadores de bajo ruido, diseño RF. |
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| Sistemas | Amplificadores de RF | Dispositivos de memoria | Guerra electrónica | |
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