El MOSFET es un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico. O metal-aislante-semiconductor. El transistor bipolar amplifica el pequeño cambio de corriente en el extremo de entrada y genera un gran cambio de corriente en el extremo de salida. La ganancia de un transistor bipolar se define como la relación entre la corriente de salida y la de entrada (beta). Otro tipo de transistor, llamado transistor de efecto de campo (FET), convierte los cambios en el voltaje de entrada en cambios en la corriente de salida. La ganancia de un FET es igual a su transconductancia, definida como la relación entre el cambio en la corriente de salida y el cambio en el voltaje de entrada. El nombre del FET también proviene de su entrada (llamada puerta) que afecta la corriente que fluye a través del transistor proyectando un campo eléctrico sobre una capa aislante. De hecho, no fluye corriente a través de este aislante, por lo que la corriente de compuerta del FET es muy pequeña. El FET más común utiliza una fina capa de dióxido de silicio como aislante debajo de la GATE. Estos transistores se denominan transistores semiconductores de óxido metálico (MOS) o transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (MOSFET). Debido a que los MOSFET son más pequeños y más eficientes energéticamente, han reemplazado a los transistores bipolares en muchas aplicaciones.

¿Qué es MOS? ¿Cuál es el efecto?

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El MOSFET es un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico, o un semiconductor aislante de metal. La fuente y el drenaje del MOSFET se pueden invertir y todas son regiones de tipo N formadas en la puerta trasera de tipo P. En la mayoría de los casos, estas dos regiones son iguales, incluso si los dos extremos están invertidos, no afectará el rendimiento del dispositivo. Estos dispositivos se consideran simétricos.

El transistor bipolar amplifica el pequeño cambio de corriente en el extremo de entrada y genera un gran cambio de corriente en el extremo de salida. La ganancia de un transistor bipolar se define como la relación entre la corriente de salida y la de entrada (beta). Otro tipo de transistor, llamado transistor de efecto de campo (FET), convierte los cambios en el voltaje de entrada en cambios en la corriente de salida. La ganancia de un FET es igual a su transconductancia, definida como la relación entre el cambio en la corriente de salida y el cambio en el voltaje de entrada.

El nombre del FET también proviene de su entrada (llamada puerta) que afecta la corriente que fluye a través del transistor proyectando un campo eléctrico sobre una capa aislante. De hecho, no fluye corriente a través de este aislante, por lo que la corriente de compuerta del FET es muy pequeña. El FET más común utiliza una fina capa de dióxido de silicio como aislante debajo de la GATE. Estos transistores se denominan transistores semiconductores de óxido metálico (MOS) o transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (MOSFET). Debido a que los MOSFET son más pequeños y más eficientes energéticamente, han reemplazado a los transistores bipolares en muchas aplicaciones.

Primero mire un dispositivo más simple, el capacitor MOS, para comprender mejor el MOSFET. El dispositivo dispone de dos electrodos, uno de metal y otro de silicio extrínseco, separados por una fina capa de dióxido de silicio. El poste de metal es la PUERTA y el terminal semiconductor es la puerta trasera o el cuerpo. La capa de óxido aislante entre ellos se llama dieléctrico de puerta. El dispositivo que se muestra tiene una puerta trasera hecha de silicio tipo P ligeramente dopado. Las características eléctricas de este condensador MOS se pueden explicar conectando la puerta trasera a tierra y la puerta a diferentes voltajes. El potencial GATE del condensador MOS es 0V. La diferencia en la FUNCIÓN DE TRABAJO entre la PUERTA metálica y la PUERTA TRASERA del semiconductor crea un pequeño campo eléctrico en el dieléctrico. En el dispositivo, este campo eléctrico hace que los polos metálicos sean ligeramente positivos y los de silicio tipo P negativos. Este campo eléctrico atrae electrones de las capas inferiores del silicio a la superficie y, al mismo tiempo, repele los agujeros de la superficie. Este campo eléctrico es demasiado débil, por lo que el cambio en la concentración de portadores es muy pequeño y la influencia en las características generales del dispositivo también es muy pequeña.

¿Qué sucede cuando la PUERTA del capacitor MOS tiene polarización directa con respecto a la PUERTA TRASERA? El campo eléctrico a través del DIELÉCTRICO DE LA PUERTA se intensifica y se extraen más electrones del sustrato. Al mismo tiempo, los agujeros son repelidos de la superficie. A medida que aumenta el voltaje de GATE, habrá más electrones que agujeros en la superficie. Debido al exceso de electrones, la superficie del silicio parece silicio de tipo N. La inversión de la polaridad del dopaje se llama inversión y la capa de silicio invertida se llama canal. A medida que el voltaje GATE continúa aumentando, se acumulan cada vez más electrones en la superficie y el canal se convierte en una fuerte inversión. El voltaje al que se forma el canal se llama voltaje umbral Vt. Cuando la diferencia de voltaje entre GATE y BACKGATE es menor que el voltaje umbral, no se forma ningún canal. Cuando la diferencia de voltaje excede el voltaje umbral, aparece el canal.

Condensadores MOS: (A) insesgados (VBG=0V), (B) invertidos (VBG=3V), (C) acumulados (VBG=-3V).

El medio es el caso cuando la PUERTA del condensador MOS tiene un voltaje negativo con respecto a la puerta trasera. El campo eléctrico se invierte, atrayendo agujeros a la superficie y repeliendo electrones. La superficie de silicio parece estar más dopada y se considera que el dispositivo está en un estado de acumulación.

Las características de los condensadores MOS se pueden utilizar para formar transistores MOS. La puerta, el dieléctrico y la puerta trasera permanecen como están. A cada lado de GATE hay dos regiones adicionales dopadas selectivamente. Uno de ellos se llama fuente y el otro se llama drenaje. Suponga que tanto la fuente como la puerta trasera están conectadas a tierra y que el drenaje está conectado a un voltaje positivo. Mientras el voltaje entre GATE y BACKGATE sea aún menor que el voltaje umbral, no se formará ningún canal. La unión PN entre el drenaje y la puerta trasera tiene polarización inversa, por lo que solo fluye una pequeña cantidad de corriente desde el drenaje a la puerta trasera. Si el voltaje GATE excede el voltaje umbral, aparece un canal debajo del dieléctrico GATE. Este canal es como una fina capa de silicio tipo N que pone en cortocircuito el drenaje y la fuente. Una corriente compuesta de electrones fluye desde la fuente a través del canal hasta el drenaje. En general, habrá corriente de drenaje solo cuando el voltaje de puerta a fuente V exceda el voltaje umbral Vt.

En un MOSFET simétrico, el etiquetado de fuente y drenaje es algo arbitrario. Por definición, los portadores fluyen desde la fuente hacia el drenaje. Por lo tanto, la identidad de la Fuente y el drenaje está determinada por la polarización del dispositivo. A veces, el voltaje de polarización en el transistor no es fijo y los dos cables intercambiarán funciones entre sí. En este caso, el diseñador del circuito debe especificar que uno es el drenaje y el otro es la fuente.

La fuente y el drenaje son MOSFET asimétricos con diferente dopaje y diferentes formas geométricas. Hay muchas razones para fabricar transistores asimétricos, pero todas tienen el mismo resultado final. Un terminal de cable está optimizado como drenaje y el otro está optimizado como fuente. Si se intercambian el drenaje y la fuente, el dispositivo no funcionará correctamente.

Los transistores tienen un canal tipo N, por lo que se denominan MOSFET de canal N o NMOS. También existe un tubo MOS de canal P (PMOS), que es un P-MOSFET compuesto por un BACKGATE tipo N ligeramente dopado y una fuente y drenaje de tipo P. Si la PUERTA de este transistor tiene polarización directa con respecto a la PUERTA TRASERA, los electrones son atraídos hacia la superficie y los agujeros son repelidos desde la superficie. La superficie del silicio se acumula y no se forma ningún canal. Si GATE tiene polarización inversa con respecto a BACKGATE, los agujeros son atraídos hacia la superficie y se forma un canal. Por tanto, el voltaje umbral del transistor PMOS es negativo. Dado que el voltaje umbral de NMOS es positivo y el voltaje umbral de PMOS es negativo, los ingenieros generalmente eliminan el signo delante del voltaje umbral. Un ingeniero podría decir: "PMOS Vt aumenta de 0.6 V a 0.7 V", cuando en realidad el PMOS Vt cae de -0.6 V a -0.7 V.