Características del MOSFET

MOSFETs son dispositivos triterminales, unipolares, controlados por voltaje, de alta impedancia de entrada que forman parte integral de una gran variedad de circuitos electrónicos. Estos dispositivos pueden clasificarse en dos tipos: de agotamiento y de mejora, dependiendo de si poseen un canal en su estado predeterminado o no, respectivamente. Además, cada uno de ellos puede ser un dispositivo de canal p o de canal n, ya que pueden tener su corriente de conducción debido a los agujeros o a los electrones respectivamente. A pesar de su diferencia estructural, se considera que todos ellos funcionan sobre un principio básico común que se explica en detalle en el artículoEl MOSFET y su funcionamiento. Esto implica además que todas ellas muestran curvas características casi similares, pero para diferentes valores de voltaje.

En general, se considera que cualquier MOSFET muestra tres regiones operativas, a saber..,

1. Región de corte
   La región de corte es una región en la que el MOSFET estará APAGADO ya que no habrá actual fluye a través de él. En esta región, los MOSFET se comportan como un interruptor abierto y por lo tanto se utilizan cuando se requiere que funcionen como interruptores electrónicos.
2. Región óhmica o lineal
   La región óhmica o lineal es una región donde en la corriente IDS aumenta con el incremento del valor de VDS. Cuando se hacen funcionar los MOSFETs en esta región, pueden ser usados como amplificadores.
3. Región de saturación
   En la región de saturación, los MOSFETs tienen su IDS constante a pesar del aumento de VDS y ocurre una vez que VDS excede el valor de los pellizcos voltaje VP. Bajo esta condición, el dispositivo actuará como un interruptor cerrado a través del cual un valor saturado de IDS flujos. Como resultado, esta región operativa se elige siempre que se requieren MOSFETs para realizar operaciones de conmutación.

Habiendo sabido esto, analicemos ahora las condiciones de sesgo en las que se experimentan estas regiones para cada tipo de MOSFET.

MOSFET de tipo n-channel Enhancement-type

La figura 1a muestra las características de la transferencia (corriente de drenaje a la fuente IDS contra el voltaje de la puerta a la fuente VGS) de MOSFETs de tipo n-channel Enhancement-type. A partir de esto, es evidente que la corriente a través del dispositivo será cero hasta que la VGS supera el valor del voltaje umbral VT. Esto se debe a que bajo este estado, el dispositivo estará vacío de canal que conectará el desagüe y los terminales de la fuente. Bajo esta condición, incluso un aumento de VDS no dará lugar a un flujo de corriente como se indica en las características de salida correspondientes (IDS contra VDS) que se muestra en la figura 1b. Como resultado, este estado no representa nada más que la región de corte del funcionamiento de los MOSFETs.

A continuación, una vez que VGS cruces VTla corriente a través del dispositivo aumenta con un incremento en la IDS inicialmente (región óhmica) y luego se satura a un valor determinado por la VGS (región de saturación de la operación), es decir, como VGS aumenta, incluso la corriente de saturación que fluye a través del dispositivo también aumenta. Esto es evidente por la figura 1b donde IDSS2 es mayor que yoDSS1 como VGS2 > VGS1, IDSS3 es mayor que yoDSS2 como VGS3 > VGS2…etcétera, etcétera. Además, la figura 1b también muestra el lugar de la tensión de pinchazo (curva negra discontinua), a partir de la cual VP se ve que aumenta con un aumento de VGS.

MOSFET de tipo p-channel Enhancement-type

La figura 2a muestra las características de transferencia de MOSFETs de mejora de tipo p de lo cual es evidente que yoDS permanece cero (estado de corte) hasta VGS se convierte en igual a -VT. Esto se debe a que, sólo entonces se formará el canal para conectar el terminal de drenaje del dispositivo con su terminal de origen. Después de esto, la IDS se observa un aumento en dirección inversa (es decir, un aumento de ISDque significa un aumento de la corriente del dispositivo que fluirá desde la fuente hasta el desagüe) con la disminución del valor de VDS. Esto significa que el dispositivo está funcionando en su región óhmica en la que la corriente que pasa por el dispositivo aumenta con el incremento del voltaje aplicado (que será VSD).

Sin embargo, como VDS se convierte en igual a VPel dispositivo entra en saturación durante la cual una cantidad saturada de corriente (IDSS) fluye a través del dispositivo, según lo decidido por el valor de VGS. Además, cabe señalar que el valor de la corriente de saturación que fluye a través del dispositivo se considera que aumenta a medida que la VGS se vuelve cada vez más negativa, es decir, la corriente de saturación para VGS3 es mayor que la de VGS2 y que en el caso de VGS4 es mucho más grande que ambos como VGS3 es más negativa que la VGS2 mientras que VGS4 es mucho más negativa cuando se compara con cualquiera de ellas (Figura 2b). Además, desde el lugar del voltaje de pinchazo también está claro que como VGS se vuelve cada vez más negativa, incluso la negatividad de VP también aumenta.

MOSFET de tipo de agotamiento de n-canales

Las características de transferencia de Agotamiento del canal N MOSFET mostrada por la figura 3a indican que el dispositivo tiene una corriente que fluye a través de él incluso cuando VGS es 0V. Esto indica que estos dispositivos se comportan incluso cuando el terminal de la puerta se deja libre, lo que se enfatiza aún más por la VGS0 curva de la figura 3b. Bajo esta condición, la corriente a través del MOSFET se ve aumentar con un incremento en el valor de VDS (región óhmica) hasta VDS se convierte en igual a la tensión de pinchazo VP. Después de esto, yoDS se saturará a un nivel particular IDSS (región de saturación de la operación) que aumenta con un incremento de VGS es decir, yoDSS3 > IDSS2 > IDSS1como VGS3 > VGS2 > VGS1. Además, el lugar de la tensión de bloqueo también muestra que VP aumenta con un aumento de VGS.
Sin embargo, cabe señalar que, si se necesita hacer funcionar estos dispositivos en estado de corte, entonces se requiere hacer que VGS negativo y una vez que se convierte en igual a -VTla conducción a través del dispositivo se detiene (IDS = 0) al ser privado de su canal de tipo n (Figura 3a).

MOSFET de tipo de agotamiento del canal p

Las características de transferencia de Modo de agotamiento del canal p MOSFETs (Figura 4a) muestran que estos dispositivos estarán normalmente ENCENDIDOS, y por lo tanto se comportan incluso en ausencia de VGS. Esto se debe a que se caracterizan por la presencia de un canal en su estado por defecto debido a que tienen un I no ceroDS para VGS = 0V, como indica la VGS0 curva de la figura 4b. Aunque el valor de dicha corriente aumenta con un incremento de VDS inicialmente (región óhmica de operación), se ve que se satura una vez que la VDS excede la VP (región de saturación de la operación). El valor de esta corriente de saturación está determinado por la VGSy se ve que aumenta en dirección negativa como VGS se vuelve más y más negativa. Por ejemplo, la corriente de saturación para VGS3 es mayor que la de VGS2 que, sin embargo, es mayor en comparación con la de VGS1. Esto se debe a que VGS2 es más negativo cuando se compara con VGS1y VGS3 es mucho más negativo cuando se compara con cualquiera de ellos. A continuación, también se puede observar desde el lugar del punto de pellizco que incluso VP comienza a ser cada vez más negativa a medida que la negatividad asociada con la VGS …aumenta.
Por último, es evidente a partir de la figura 4a que para apagar estos dispositivos, es necesario aumentar la VGS de tal manera que sea igual o mayor que el del voltaje umbral VT. Esto se debe a que, cuando lo hagan, estos dispositivos se verán privados de su canal de tipo p, lo que impulsa aún más a los MOSFETs a su región de corte de operación.

La explicación anterior puede resumirse en el siguiente cuadro