Qué es un FET: Transistor de efecto de campo: Tipos, Tecnología, …

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Basicos del FET Especificaciones del FET JFET MOSFET de doble puerta MOSFET de potencia MESFET / GaAs FET HEMT & PHEMT Tecnología FinFET

El transistor de efecto de campo, FET es un componente electrónico clave que se utiliza dentro de muchas áreas de la industria electrónica.

El FET se utiliza en muchos circuitos construidos a partir de componentes electrónicos discretos en áreas que van desde la tecnología de radiofrecuencia hasta el control de potencia y la conmutación electrónica, pasando por la amplificación general.

Sin embargo, el mayor uso del transistor de efecto de campo, FET, es dentro de los circuitos integrados. En esta aplicación, los circuitos FET consumen niveles de energía mucho más bajos que los circuitos integrados que utilizan tecnología de transistores bipolares. Esto permite el funcionamiento de circuitos integrados a gran escala. Si se utilizara la tecnología bipolar, el consumo de energía sería de órdenes de magnitud mayores y la potencia generada demasiado grande para disiparla desde el circuito integrado.

Además de utilizarse en circuitos integrados, las versiones discretas de los transistores de efecto de campo están disponibles como componentes electrónicos con plomo y también como dispositivos de montaje superficial.

Transistores de efecto de campo, historia de los FET

Antes de que se introdujeran los primeros FET en el mercado de componentes electrónicos, el concepto se conocía desde hacía varios años. Había habido muchas dificultades para realizar este tipo de dispositivo y hacerlo funcionar.

Algunos de los primeros conceptos del transistor de efecto de campo se esbozaron en un artículo de Lilienfield en 1926, y en otro de Heil en 1935.

Las siguientes bases se establecieron durante la década de 1940 en los Laboratorios Bell, donde se creó el grupo de investigación de semiconductores. Este grupo investigó una serie de áreas relacionadas con los semiconductores y la tecnología de semiconductores, una de las cuales era un dispositivo que modularía la corriente que fluye en un canal de semiconductor al colocar un campo eléctrico cerca de él.

Durante estos primeros experimentos, los investigadores no consiguieron que la idea funcionara, por lo que se volcaron en otra idea y finalmente inventaron otra forma de componente electrónico semiconductor: el transistor bipolar.

Después de esto, gran parte de la investigación sobre semiconductores se centró en mejorar el transistor bipolar, y la idea de un transistor de efecto de campo no se investigó por completo durante algún tiempo. En la actualidad, los FET son muy utilizados y constituyen el principal elemento activo de muchos circuitos integrados. Sin estos componentes electrónicos, la tecnología electrónica sería muy diferente de lo que es ahora.

Transistor de efecto de campo – lo básico

El concepto del transistor de efecto de campo se basa en el concepto de que la carga de un objeto cercano puede atraer cargas dentro de un canal semiconductor. Básicamente, funciona mediante un efecto de campo eléctrico, de ahí su nombre.

El FET consta de un canal semiconductor con electrodos en ambos extremos denominados drenaje y fuente.

Un electrodo de control denominado puerta se coloca muy cerca del canal para que su carga eléctrica pueda afectar al mismo.

De este modo, la puerta del FET controla el flujo de portadores (electrones o huecos) que fluyen desde la fuente al drenaje. Lo hace controlando el tamaño y la forma del canal conductor.

El canal semiconductor donde se produce el flujo de corriente puede ser de tipo P o de tipo N. Esto da lugar a dos tipos o categorías de FET conocidos como FET de canal P y de canal N.

Además de esto, existen otras dos categorías. El aumento de la tensión en la puerta puede agotar o aumentar el número de portadores de carga disponibles en el canal. Como resultado, hay FET de modo de mejora y FET de modo de agotamiento.

Como es sólo el campo eléctrico el que controla la corriente que fluye en el canal, se dice que el dispositivo es operado por tensión y tiene una alta impedancia de entrada, normalmente muchos megaohmios. Esto puede ser una clara ventaja sobre el transistor bipolar que es operado por corriente y tiene una impedancia de entrada mucho menor.

Circuitos FET

Los transistores de efecto de campo se utilizan ampliamente en todas las formas de circuitos, desde los utilizados en circuitos con componentes electrónicos discretos, hasta los empleados en circuitos integrados.

Como el transistor de efecto de campo es un dispositivo operado por tensión en lugar de un dispositivo de corriente como el transistor bipolar, esto significa que algunos aspectos del circuito son muy diferentes: las disposiciones de polarización en particular. Sin embargo, el diseño de circuitos electrónicos con FETs es relativamente fácil – es sólo un poco diferente al uso de transistores bipolares.

Usando FETs, se pueden diseñar circuitos como amplificadores de tensión, buffers o seguidores de corriente, osciladores, filtros y muchos más, y los circuitos son muy similares a los de los transistores bipolares e incluso a los de las válvulas termiónicas / tubos de vacío. Curiosamente las válvulas / tubos son también dispositivos operados por tensión, y por lo tanto sus circuitos son muy similares, incluso en términos de las disposiciones de polarización.

Tipos de transistores de efecto de campo

Hay muchas maneras de definir los diferentes tipos de FET que están disponibles. Los diferentes tipos significan que durante el diseño del circuito electrónico hay que elegir el componente electrónico adecuado para el circuito. Seleccionando el dispositivo correcto es posible obtener el mejor rendimiento para el circuito dado.

Los FETs pueden ser categorizados de varias maneras, pero algunos de los principales tipos de FET pueden ser cubiertos en el diagrama de árbol que se muestra a continuación.

Hay muchos tipos diferentes de FET en el mercado para los que hay varios nombres. Algunas de las principales categorías se retrasan a continuación.

• FET de unión, JFET: El FET de unión, o JFET utiliza una unión de diodos con polarización inversa para proporcionar la conexión de la puerta. La estructura consiste en un canal semiconductor que puede ser de tipo N o de tipo P. A continuación, se fabrica un diodo semiconductor en el canal de tal manera que la tensión en el diodo afecta al canal del FET.

  En su funcionamiento, está polarizado en sentido inverso, lo que significa que está efectivamente aislado del canal – sólo la corriente inversa del diodo puede fluir entre los dos. El JFET es el tipo más básico de FET, y el que se desarrolló por primera vez. Sin embargo, sigue prestando un excelente servicio en muchas áreas de la electrónica.

  Lea más sobre … … transistor de efecto de campo de unión, JFET.

• FET de puerta aislada / FET de silicio de óxido metálico MOSFET: El MOSFET utiliza una capa aislante entre la puerta y el canal. Típicamente está formada por una capa de óxido del semiconductor.

  El nombre IGFET se refiere a cualquier tipo de FET que tenga una puerta aislada. La forma más común de IGFET es el MOSFET de silicio – FET de silicio de óxido metálico. En este caso, la puerta está formada por una capa de metal colocada sobre el óxido de silicio, que a su vez está sobre el canal de silicio. Los MOSFETs son ampliamente utilizados en muchas áreas de la electrónica y particularmente dentro de los circuitos integrados.

  El factor clave del IGFET / MOSFET es la alta impedancia de puerta que estos FETs son capaces de proporcionar. Dicho esto, habrá una capacitancia asociada y esto reducirá la impedancia de entrada a medida que aumente la frecuencia.

  Leer más sobre . FET de óxido metálico de silicio, MOSFET.

• MOSFET de doble puerta: Es una forma especializada de MOSFET que tiene dos puertas en serie a lo largo del canal. Esto permite algunas mejoras considerables en el rendimiento, especialmente en RF, en comparación con los dispositivos de una sola puerta.

  La segunda puerta del MOSFET proporciona un aislamiento adicional entre la entrada y la salida, y además puede utilizarse en aplicaciones como la mezcla/multiplicación.

  Leer más sobre . MOSFET de doble puerta.

• MESFET: El FET de silicio metalizado se fabrica normalmente con arseniuro de galio y suele denominarse FET de GaAs. A menudo, los FET de GaAs se utilizan para aplicaciones de RF en las que pueden ofrecer una alta ganancia y un bajo nivel de ruido. Uno de los inconvenientes de la tecnología GaAsFET es que su estructura de puerta es muy pequeña, lo que hace que sea muy sensible a los daños causados por la estática y la ESD. Hay que tener mucho cuidado al manipular estos dispositivos.

  Más información sobre… MESFET / GaAsFET.

• HEMT / PHEMT: El transistor de alta movilidad de electrones y el transistor pseudomórfico de alta movilidad de electrones son desarrollos del concepto básico de FET, pero desarrollados para permitir el funcionamiento a muy alta frecuencia. Aunque son caros, permiten alcanzar frecuencias muy elevadas y altos niveles de rendimiento.

  Leer más sobre . HEMT / PHEMT.

• FinFET: La tecnología FinFET se está utilizando ahora en los circuitos integrados para permitir que se alcancen mayores niveles de integración al permitir tamaños de características más pequeños. A medida que se necesitan mayores niveles de densidad y resulta cada vez más difícil conseguir tamaños de característica cada vez más pequeños, la tecnología FinFET se está utilizando de forma más generalizada.

  Leer más sobre . FinFET.

• VMOS: VMOS es el estándar para MOS vertical. Es un tipo de FET que utiliza un flujo de corriente vertical para mejorar el rendimiento de conmutación y transporte de corriente. Los FETs VMOS son ampliamente utilizados para aplicaciones de potencia.

Aunque hay algunos otros tipos de transistores de efecto de campo que pueden verse en la literatura, a menudo estos tipos son nombres comerciales para una tecnología particular y son variantes de algunos de los tipos de FET enumerados anteriormente.

Especificaciones del FET

Además de seleccionar un tipo particular de transistor de efecto de campo para cualquier circuito dado, también es necesario entender las diferentes especificaciones. De este modo, es posible garantizar que el FET funcione según los parámetros de rendimiento requeridos.

Las especificaciones del FET incluyen todo, desde las tensiones y corrientes máximas permitidas hasta los niveles de capacitancia y la transconductancia. Todos ellos desempeñan un papel a la hora de determinar si un FET concreto es adecuado para un circuito o una aplicación determinada.

La tecnología de transistores de efecto de campo puede utilizarse en una serie de áreas en las que los transistores bipolares no son tan adecuados: cada uno de estos dispositivos semiconductores tiene sus propias ventajas y desventajas, y puede utilizarse con gran efecto en muchos circuitos. El transistor de efecto de campo tiene una impedancia de entrada muy alta y es un dispositivo accionado por tensión, lo que le permite ser utilizado en muchas áreas.

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