Qu’est-ce qu’un FET : Transistor à effet de champ : Types, technologie, . .

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Le transistor à effet de champ, FET est un composant électronique clé utilisant au sein de nombreux domaines de l’industrie électronique.

Le FET utilisé dans de nombreux circuits construits à partir de composants électroniques discrets dans des domaines allant de la technologie RF au contrôle de la puissance et de la commutation électronique à l’amplification générale.

Cependant, l’utilisation majeure du transistor à effet de champ, FET est au sein des circuits intégrés. Dans cette application, les circuits FET consomment des niveaux de puissance beaucoup plus faibles que les circuits intégrés utilisant la technologie des transistors bipolaires. Cela permet aux circuits intégrés à très grande échelle de fonctionner. Si la technologie bipolaire était utilisée, la consommation d’énergie serait supérieure de plusieurs ordres de grandeur et la puissance générée beaucoup trop importante pour être dissipée par le circuit intégré.

En plus d’être utilisées dans les circuits intégrés, les versions discrètes des transistors à effet de champ sont disponibles à la fois comme composants électroniques plombés et aussi comme dispositifs de montage en surface.

Transistor à effet de champ, histoire du FET

Avant que les premiers FET ne soient introduits sur le marché des composants électroniques, le concept était connu depuis un certain nombre d’années. Il y avait eu de nombreuses difficultés pour réaliser ce type de dispositif et le faire fonctionner.

Certains des premiers concepts du transistor à effet de champ ont été décrits dans un article de Lilienfield en 1926, et dans un autre article de Heil en 1935.

Les bases suivantes ont été mises en place au cours des années 1940 aux Laboratoires Bell où le groupe de recherche sur les semi-conducteurs a été créé. Ce groupe a étudié un certain nombre de domaines relatifs aux semi-conducteurs et à la technologie des semi-conducteurs, dont l’un était un dispositif qui modulerait le courant circulant dans un canal semi-conducteur acheter placer un champ électrique à proximité de celui-ci.

Pendant ces premières expériences, les chercheurs n’ont pas réussi à faire fonctionner l’idée, tournant leurs idées vers une autre idée et inventant finalement une autre forme de composant électronique à semi-conducteur : le transistor bipolaire.

Après cela, une grande partie de la recherche sur les semi-conducteurs s’est concentrée sur l’amélioration du transistor bipolaire, et l’idée d’un transistor à effet de champ n’a pas été pleinement étudiée pendant un certain temps. Aujourd’hui, les transistors à effet de champ sont très largement utilisés et constituent le principal élément actif de nombreux circuits intégrés. Sans ces composants électroniques, la technologie électronique serait très différente de ce qu’elle est aujourd’hui.

Transistor à effet de champ – les bases

Le concept du transistor à effet de champ est basé sur le concept que la charge sur un objet proche peut attirer des charges dans un canal semi-conducteur. Il fonctionne essentiellement à l’aide d’un effet de champ électrique – d’où son nom.

Le FET est constitué d’un canal semi-conducteur avec des électrodes à chaque extrémité appelées drain et source.

Une électrode de contrôle appelée grille est placée très près du canal afin que sa charge électrique soit capable d’affecter le canal.

De cette manière, la grille du FET contrôle le flux de porteurs (électrons ou trous) circulant de la source au drain. Elle le fait en contrôlant la taille et la forme du canal conducteur.

Le canal semi-conducteur où le flux de courant se produit peut être de type P ou de type N. Cela donne lieu à deux types ou catégories de transistors à effet de champ connus sous le nom de transistors à canal P et à canal N.

En plus de cela, il existe deux autres catégories. L’augmentation de la tension sur la grille peut soit appauvrir soit augmenter le nombre de porteurs de charge disponibles dans le canal. Par conséquent, il existe des transistors à effet de champ à mode d’enrichissement et des transistors à effet de champ à mode d’appauvrissement.

Comme c’est uniquement le champ électrique qui contrôle le courant circulant dans le canal, on dit que le dispositif fonctionne en tension et qu’il a une impédance d’entrée élevée, généralement plusieurs mégohms. Cela peut être un avantage distinct par rapport au transistor bipolaire qui fonctionne en courant et a une impédance d’entrée beaucoup plus faible.

Circuits FET

Les transistors à effet de champ sont largement utilisés dans toutes les formes de circuit, de ceux utilisés dans les circuits avec des composants électroniques discrets, à ceux employés dans les circuits intégrés.

Comme le transistor à effet de champ est un dispositif fonctionnant en tension plutôt qu’en courant comme le transistor bipolaire, cela signifie que certains aspects du circuit sont très différents : les dispositions de polarisation en particulier. Cependant, la conception de circuits électroniques avec des FET est relativement facile – elle est juste un peu différente de celle utilisant des transistors bipolaires.

En utilisant des FET, des circuits comme des amplificateurs de tension, des tampons ou des suiveurs de courant, des oscillateurs, des filtres et bien d’autres peuvent tous être conçus, et les circuits sont très similaires à ceux des transistors bipolaires et même des valves thermioniques / tubes à vide. Il est intéressant de noter que les valves / tubes sont également des dispositifs fonctionnant sous tension, et donc leurs circuits sont très similaires, même en termes de dispositions de polarisation.

Types de transistors à effet de champ

Il existe de nombreuses façons de définir les différents types de FET qui sont disponibles. Les différents types signifient que lors de la conception du circuit électronique, il y a un choix du bon composant électronique pour le circuit. En sélectionnant le bon dispositif, il est possible d’obtenir les meilleures performances pour le circuit donné.

Les FET peuvent être catégorisés de plusieurs façons, mais certains des principaux types de FET peuvent être couverts dans le diagramme en arbre ci-dessous.

Il existe de nombreux types de FET sur le marché pour lesquels il existe différents noms. Certaines des principales catégories sont retardées ci-dessous.

• FET à jonction, JFET : Le FET à jonction, ou JFET utilise une jonction de diode à polarisation inverse pour fournir la connexion de la grille. La structure est constituée d’un canal semi-conducteur qui peut être de type N ou de type P. Le canal est constitué d’une diode semi-conductrice. Une diode semi-conductrice est ensuite fabriquée sur le canal de manière à ce que la tension sur la diode affecte le canal du FET.

  En fonctionnement, celui-ci est polarisé en inverse et cela signifie qu’il est effectivement isolé du canal – seul le courant inverse de la diode peut circuler entre les deux. Le JFET est le type de FET le plus basique, et celui qui a été développé en premier. Cependant, il rend encore d’excellents services dans de nombreux domaines de l’électronique.

  En savoir plus sur … … transistor à effet de champ à jonction, JFET.

• Transistor à effet de champ à grille isolée / transistor à effet de champ à oxyde métallique de silicium MOSFET : Le MOSFET utilise une couche isolée entre la grille et le canal. Typiquement, celle-ci est formée d’une couche d’oxyde du semi-conducteur.

  Le nom IGFET fait référence à tout type de FET qui possède une grille isolée. La forme la plus courante d’IGFET est le silicium MOSFET – Metal Oxide Silicon FET. Ici, la grille est constituée d’une couche de métal déposée sur l’oxyde de silicium qui, à son tour, se trouve sur le canal de silicium. Les MOSFET sont largement utilisés dans de nombreux domaines de l’électronique et notamment au sein des circuits intégrés.

  Le facteur clé de l’IGFET / MOSFET est l’impédance excessivement élevée de la grille que ces FET sont capables de fournir. Cela dit, il y aura une capacité associée et cela réduira l’impédance d’entrée à mesure que la fréquence augmente.

  Lire la suite de . . . . Transistor à effet de champ à oxyde métallique de silicium, MOSFET.

• MOSFET à double porte : Il s’agit d’une forme spécialisée de MOSFET qui possède deux grilles en série le long du canal. Cela permet d’améliorer considérablement les performances, notamment en RF, par rapport aux dispositifs à porte unique.

  La deuxième porte du MOSFET fournit une isolation supplémentaire entre l’entrée et la sortie, et en plus de cela, elle peut être utilisée dans des applications telles que le mélange / la multiplication.

  En savoir plus sur … . MOSFET à double porte.

• MESFET : Le MEtal Silicon FET est normalement fabriqué à l’aide d’arséniure de gallium et est souvent appelé GaAs FET. Souvent, les GaAsFETs sont utilisés pour des applications RF où ils peuvent fournir des performances à haut gain et faible bruit. L’un des inconvénients de la technologie GaAsFET résulte de la très petite structure de la grille, ce qui la rend très sensible aux dommages causés par l’électricité statique (ESD). Une grande prudence doit être prise lors de la manipulation de ces dispositifs.

  En savoir plus sur . . . . MESFET / GaAsFET.

• HEMT / PHEMT : Le transistor à haute mobilité électronique et le transistor pseudomorphe à haute mobilité électronique sont des développements du concept de base du FET, mais développés pour permettre un fonctionnement à très haute fréquence. Bien que coûteux, ils permettent d’atteindre des fréquences très élevées et des niveaux de performance élevés.

  En savoir plus sur . . . HEMT / PHEMT.

• FinFET : La technologie FinFET est maintenant utilisée dans les circuits intégrés pour permettre d’atteindre des niveaux d’intégration plus élevés en autorisant des tailles de caractéristiques plus petites. Comme des niveaux de densité plus élevés sont nécessaires et qu’il devient de plus en plus difficile de réaliser des tailles de caractéristiques de plus en plus petites, la technologie FinFET est utilisée plus largement.

  En savoir plus sur . . . FinFET.

• VMOS : VMOS standard pour MOS vertical. C’est un type de FET qui utilise un flux de courant vertical pour améliorer les performances de commutation et de transport de courant. Les FET VMOS sont largement utilisés pour les applications de puissance.

Bien qu’il y ait quelques autres types de transistors à effet de champ qui peuvent être vus dans la littérature, souvent ces types sont des noms commerciaux pour une technologie particulière et ils sont des variantes de certains des types de FET énumérés ci-dessus.

Spécifications des FET

A part la sélection d’un type particulier de transistor à effet de champ pour tout circuit donné, il est également nécessaire de comprendre les différentes spécifications. De cette façon, il est possible de s’assurer que le transistor à effet de champ fonctionnera selon les paramètres de performance requis.

Les spécifications du transistor à effet de champ comprennent tout, des tensions et courants maximums autorisés aux niveaux de capacité et à la transconductance. Tous ces éléments jouent un rôle pour déterminer si un FET particulier convient à un circuit ou à une application donnée.

La technologie des transistors à effet de champ peut être utilisée dans un certain nombre de domaines où les transistors bipolaires ne sont pas aussi adaptés : chacun de ces dispositifs à semi-conducteurs a ses propres avantages et inconvénients, et peut être utilisé de manière très efficace dans de nombreux circuits. Le transistor à effet de champ a une impédance d’entrée très élevée et est un dispositif commandé par tension, ce qui lui ouvre la possibilité d’être utilisé dans de nombreux domaines.

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