Electrónica básica - MOSFET

Los FET tienen algunas desventajas, como una alta resistencia al drenaje, una impedancia de entrada moderada y un funcionamiento más lento. Para superar estas desventajas, se inventa el MOSFET, que es un FET avanzado.

MOSFET significa Transistor de efecto de campo de silicio de óxido metálico o Transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico. Esto también se denomina IGFET, que significa transistor de efecto de campo de puerta aislada. El FET funciona tanto en modo de mejora como de agotamiento. La siguiente figura muestra cómo se ve un MOSFET práctico.

Construcción de un MOSFET

La construcción de un MOSFET es un poco similar al FET. Se deposita una capa de óxido sobre el sustrato al que está conectado el terminal de puerta. Esta capa de óxido actúa como aislante (sio 2 aísla del sustrato) y, por lo tanto, el MOSFET tiene otro nombre como IGFET. En la construcción de MOSFET, un sustrato ligeramente dopado se difunde con una región muy dopada. Dependiendo del sustrato utilizado, se denominan comoP-type y N-type MOSFET.

La siguiente figura muestra la construcción de un MOSFET.

El voltaje en la puerta controla el funcionamiento del MOSFET. En este caso, se pueden aplicar voltajes tanto positivos como negativos en la puerta ya que está aislada del canal. Con voltaje de polarización de puerta negativo, actúa comodepletion MOSFET mientras que con voltaje de polarización de puerta positivo actúa como un Enhancement MOSFET.

Clasificación de MOSFET

Dependiendo del tipo de materiales utilizados en la construcción y el tipo de operación, los MOSFET se clasifican como en la siguiente figura.

Después de la clasificación, repasemos los símbolos de MOSFET.

los N-channel MOSFETs simplemente se llaman como NMOS. Los símbolos para MOSFET de canal N son los que se indican a continuación.

los P-channel MOSFETs simplemente se llaman como PMOS. Los símbolos del MOSFET de canal P son los que se indican a continuación.

Ahora, veamos los detalles de construcción de un MOSFET de canal N. Por lo general, se considera un MOSFET NChannel para una explicación, ya que este se usa principalmente. Además, no es necesario mencionar que el estudio de un tipo también explica el otro.

Construcción de MOSFET de canal N

Consideremos un MOSFET de canal N para comprender su funcionamiento. Se toma un sustrato de tipo P ligeramente dopado en el que se difunden dos regiones de tipo N muy dopadas, que actúan como fuente y drenaje. Entre estas dos regiones N +, se produce la difusión para formar un canal N, que conecta el drenaje y la fuente.

Una fina capa de Silicon dioxide (SiO2)crece sobre toda la superficie y se hacen agujeros para dibujar contactos óhmicos para terminales de drenaje y fuente. Una capa conductora dealuminum se coloca sobre todo el canal, sobre este SiO2capa desde la fuente hasta el desagüe que constituye la puerta. losSiO2 substrate está conectado a los terminales comunes o de tierra.

Debido a su construcción, el MOSFET tiene un área de chip muy menor que el BJT, que es el 5% de la ocupación en comparación con el transistor de unión bipolar. Este dispositivo se puede operar en modos. Son modos de agotamiento y mejora. Intentemos entrar en detalles.

Funcionamiento del MOSFET de canal N (modo de agotamiento)

Por ahora, tenemos la idea de que no hay una unión PN presente entre la puerta y el canal en esto, a diferencia de un FET. También podemos observar que, el canal difuso N (entre dos regiones N +), elinsulating dielectric SiO2 y la capa de metal de aluminio de la puerta juntos forman un parallel plate capacitor.

Si el NMOS debe funcionar en modo de agotamiento, el terminal de la puerta debe estar en potencial negativo mientras que el drenaje está en potencial positivo, como se muestra en la siguiente figura.

Cuando no se aplica voltaje entre la puerta y la fuente, algo de corriente fluye debido al voltaje entre el drenaje y la fuente. Deje que se aplique un voltaje negativo enVGG. Entonces, los portadores minoritarios, es decir, los huecos, se sienten atraídos y se establecen cercaSiO2capa. Pero la mayoría de los portadores, es decir, los electrones, son repelidos.

Con cierta cantidad de potencial negativo en VGG una cierta cantidad de corriente de drenaje IDfluye a través de la fuente para drenar. Cuando este potencial negativo aumenta aún más, los electrones se agotan y la corrienteIDdisminuye. Por tanto, cuanto más negativo sea elVGG, menor es el valor de la corriente de drenaje ID estarán.

El canal más cercano al drenaje se agota más que en la fuente (como en FET) y el flujo de corriente disminuye debido a este efecto. Por lo tanto, se denomina MOSFET en modo de agotamiento.

Funcionamiento del MOSFET de canal N (modo de mejora)

El mismo MOSFET se puede trabajar en modo de mejora, si podemos cambiar las polaridades del voltaje VGG. Entonces, consideremos el MOSFET con voltaje de fuente de puertaVGG siendo positivo como se muestra en la siguiente figura.

Cuando no se aplica voltaje entre la puerta y la fuente, algo de corriente fluye debido al voltaje entre el drenaje y la fuente. Deje que se aplique un voltaje positivo enVGG. Luego, los portadores minoritarios, es decir, los huecos, son repelidos y los portadores mayoritarios, es decir, los electrones se atraen hacia elSiO2 capa.

Con cierta cantidad de potencial positivo en VGG una cierta cantidad de corriente de drenaje IDfluye a través de la fuente para drenar. Cuando este potencial positivo aumenta aún más, la corrienteID aumenta debido al flujo de electrones de la fuente y estos se empujan más debido al voltaje aplicado en VGG. Por tanto, cuanto más positivo sea elVGG, cuanto mayor sea el valor de la corriente de drenaje IDestarán. El flujo de corriente se mejora debido al aumento del flujo de electrones mejor que en el modo de agotamiento. Por lo tanto, este modo se denomina comoEnhanced Mode MOSFET.

P - MOSFET de canal

La construcción y el funcionamiento de un PMOS son los mismos que los de NMOS. Un poco dopadon-substrate se toma en el que dos fuertemente dopados P+ regionsse difunden. Estas dos regiones P + actúan como fuente y drenaje. Una fina capa deSiO2se cultiva sobre la superficie. Se cortan agujeros a través de esta capa para hacer contactos con las regiones P +, como se muestra en la siguiente figura.

Trabajo de PMOS

Cuando el terminal de la puerta recibe un potencial negativo en VGG que el voltaje de la fuente de drenaje VDD, luego, debido a las regiones P + presentes, la corriente del agujero aumenta a través del canal P difuso y el PMOS funciona en Enhancement Mode.

Cuando el terminal de la puerta recibe un potencial positivo en VGG que el voltaje de la fuente de drenaje VDD, luego, debido a la repulsión, se produce el agotamiento debido a que se reduce el flujo de corriente. Por lo tanto, PMOS funciona enDepletion Mode. Aunque la construcción es diferente, el funcionamiento es similar en ambos tipos de MOSFET. Por lo tanto, con el cambio en la polaridad del voltaje, ambos tipos se pueden usar en ambos modos.

Esto se puede comprender mejor si se tiene una idea de la curva de características del drenaje.

Características de drenaje

Las características de drenaje de un MOSFET se dibujan entre la corriente de drenaje ID y el voltaje de la fuente de drenaje VDS. La curva característica es como se muestra a continuación para diferentes valores de entradas.

En realidad cuando VDS aumenta, la corriente de drenaje ID debería aumentar, pero debido a la aplicación VGS, la corriente de drenaje se controla a cierto nivel. Por lo tanto, la corriente de puerta controla la corriente de drenaje de salida.

Características de transferencia

Las características de transferencia definen el cambio en el valor de VDS con el cambio en ID y VGStanto en el modo de reducción como en el de mejora. La siguiente curva característica de transferencia se dibuja para la corriente de drenaje frente al voltaje de puerta a fuente.

Comparación entre BJT, FET y MOSFET

Ahora que hemos discutido los tres anteriores, intentemos comparar algunas de sus propiedades.

CONDICIONES BJT FET MOSFET
Tipo de dispositivo Controlado por corriente Controlado por voltaje Voltaje controlado
Flujo de corriente Bipolar Unipolar Unipolar
Terminales No intercambiable Intercambiable Intercambiable
Modos operacionales Sin modos Solo modo de agotamiento Modos de mejora y agotamiento
Impedancia de entrada Bajo Alto Muy alto
Resistencia de salida Moderar Moderar Bajo
Velocidad operativa Bajo Moderar Alto
ruido Alto Bajo Bajo
Estabilidad térmica Bajo Mejor Alto

Hasta ahora, hemos discutido varios componentes electrónicos y sus tipos junto con su construcción y funcionamiento. Todos estos componentes tienen varios usos en el campo de la electrónica. Para tener un conocimiento práctico sobre cómo se utilizan estos componentes en circuitos prácticos, consulte el tutorial CIRCUITOS ELECTRÓNICOS.