Transistor de Efecto de Campo en Conmutación

Introducción :
El transistor de efecto de campo se emplea en conmutación formando parte de los circuitos integrados, gracias a que ocupa una minúscula superficie de silicio y a la insignificante potencia que consume en conmutación. Estos factores combinados permiten integrar hasta miles de estos transistores en una sola pastilla sin grandes limitaciones de disipación de calor, a lo que se suma la relativa sencillez del proceso de fabricación de los circuitos integrados con estos dispositivos. Igualmente las resistencias de estos circuitos se realizan mediante transistores de efecto de campo convenientemente polarizados, ganándose así todavía mas espacio. Como se recordará, el principio de funcionamiento del transistor de efecto de campo o "Field 
Effect Transistor" (FET) se basa en el control de la resistencia que presenta un material semiconductor al paso de la corriente por medio de un campo eléctrico perpendicular a la dirección de esta ultima. Así, en un FET con electrodo de control aislado,(figura anterior) mediante una tensión aplicada a este último, por efecto capacitivo se varia la conductancia de una porción del cuerpo semiconductor ("SUSTRATO"), ubicada debajo de un dieléctrico aislador. Dicha porción se denomina "CANAL", en grisado en la figura anterior y las dos regiones semiconductoras en contacto con sus extremos, por donde entra y sale la corriente, se designan fuente o "SOURCE" (S) y drenador o "DRAIN" (D). El electrodo de control es denominado compuerta, graduador o "GATE" (G). En la corriente que circula por el canal predominan absolutamente los portadores mayoritarios, siendo los minoritarios irrelevantes para el funcionamiento del transistor. Por esta razón el FET es un TRANSISTOR UNIPOLAR, a diferencia del transistor bipolar de juntura, donde ambos tipos de portadores importan, especialmente en la base. 

Clasificaciones:
Se ha creído necesario dar un panorama general de las distintas clases de transistores de efecto de campo, a fin de señalar los tipos mas empleados en conmutación. Una primera clasificación contempla la manera en que se originan y controla el campo eléctrico; pudiendo ser:

Transistor de Efecto de Campo de Juntura O "JUNCTION FET" o JFET: en el cual el campo eléctrico de una juntura inversamente polarizada, constituida por el canal y otro material semiconductor unido al gate, controla la conductancia del primero según el valor de la tensión inversa aplicada. Se representa como indica la siguiente figura.

Figura 1 

Transistor de efecto de campo con electrodo de control aislado o "INSULATED GATE FET" ("IGFET"), caracterizado por tener el gate aislado del canal por una capa de oxido de silicio, se dibuja:

Figura 2

Actualmente se fabrican entre otros, los siguientes dispositivos IGFET:

MOSFET o "MOS" ("Metal Oxide Semiconductor FET"), cuyo nombre deriva de los tres materiales que aparecen al realizar un corte vertical en su estructura, según puede observarse en la figura 1 vista anteriormente:
Hasta hace poco los términos IGFET y MOS eran sióonimos.

SILICON GATE FET, difiere de MOS en que el gate es de silicio policristalino, en lugar de ser metálico. Se consigue así controlar la conductividad del canal a partir de tensiones de gate mas bajas. 

SOS("Silicon On Saphire FET"), en el cual el canal semiconductor de silicio esta depositado sobre un sustrato aislante de zafiro, en lugar de un sustrato semiconductor de silicio. De esta manera se alcanzan velocidades de conmutación mas altas.

DMOS (MOS de Doble Difusión), que presenta un canal de corta longitud para permitir muy altas velocidades de conmutación, gracias al breve tiempo de transito de los portadores por el citado canal.

Una segunda clasificación tiene en cuenta la conductancia del canal cuando al gate no se le aplica ninguna tensión. Asi se tiene: 

FET de Canal Normalmente Conductor o de "vaciamiento" ("Depletion FET"), que permite en las condiciones mencionadas el pasaje de corriente entre los extremos drain y source del canal, cuando entre los mismos se aplica tensión. Los JFET solo admiten este tipo de funcionamiento, que también puede darse en los IGFET. Se representa este FET por una línea llena entre los terminales D y S (Figura 2) que simboliza la continuidad citada. 

FET de Canal Normalmente Abierto, o no conductor, o de "enriquecimiento" ("enhancement FET"): en este FET sin tensión en el gate no circula prácticamente corriente entre los terminales drain y source al aplicárseles tensión. Se simboliza con una línea de trazos entre drain y source. La manera de representarlos es la siguiente.

		Figura 3		Figura 4

Por último, por la naturaleza del canal conductor, los transistores de efecto de campo 
pueden ser de dos tipos: 

FET de Canal P: Los portadores mayoritarios que circulan por el canal son lagunas.

FET de Canal N: Los portadores que circulan por el canal son electrones. 

Un MOS de canal P o "PMOS" se indica con una flecha dirigida hacia el sustrato, señalando que el mismo es de tipo N (figura 3), aunque el canal será de tipo P. Del mismo modo, un MOS tipo N o "NMOS" se indica con una flecha saliendo del sustrato (figura 4). 

En los circuitos digitales integrados se emplean los IGFET, que reúnen las propiedades enunciadas. En conmutación se prefiere el FET de "enriquecimiento", que conduce corriente solo cuando la tensión aplicada al gate supera cierto nivel. Con referencia a la velocidad de conmutación, los NMOS son mas rápidos que los PMOS, puesto que la movilidad de los electrones es mas que el doble de la de las lagunas.