MOSFET significa Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. El mosfet es un dispositivo de transistor operado por condensador. El condensador juega un papel esencial para operar un MOSFET. También llamamos al dispositivo como Transistor de efecto de campo de puerta aislada (IGFET) o Transistor de efecto de campo con aislante metálico (MIFET). Por qué llamamos así lo entenderemos cuando miremos las características constructivas de este dispositivo de transistores. Debemos echar un vistazo a la construcción del MOSFET mientras pasamos por el principio de funcionamiento de mosfet. En cuanto a la construcción, podemos clasificar el dispositivo en cuatro tipos.
- Mejora del canal P MOSFET
- Mejora del canal N MOSFET
- Agotamiento del canal P MOSFET
- Agotamiento del Canal N MOSFET
Mejora del canal P MOSFET
También llamamos a la p canal MOSFET como PMOS. Aquí, un sustrato de semiconductor tipo n ligeramente dopado forma el cuerpo principal del dispositivo. Normalmente utilizamos material semiconductor de silicio o arseniuro de galio para este propósito. En el cuerpo hay dos regiones de tipo p fuertemente dopadas, separadas por una cierta distancia L. Nos referimos a esta distancia L como longitud del canal y es del orden de 1 m.Ahora hay una fina capa de dióxido de silicio (SiO2) en la parte superior del sustrato. También podemos usar Al2O3 para el propósito pero SiO2 es lo más común. Esta capa en el sustrato se comporta como un dieléctrico. Hay una placa de aluminio colocada en la parte superior de este SiO2 capa dieléctrica.
Ahora la placa de aluminio, el dieléctrico y el sustrato semiconductor forman un condensador en el dispositivo.
Los terminales conectados a dos regiones de tipo p son la fuente (S) y el drenaje (D) del dispositivo, respectivamente. El terminal proyectado desde la placa de aluminio del condensador es la puerta (G) del dispositivo. También conectamos la fuente y el cuerpo del mosfet a tierra para facilitar el suministro y la retirada de los electrones libres según las necesidades durante el funcionamiento del MOSFET. Ahora apliquemos un voltaje negativo en la puerta (G). Esto creará un potencial estático negativo en la placa de aluminio del condensador. Debido a la acción capacitiva, la carga positiva se acumula justo debajo de la capa dieléctrica.
Básicamente, los electrones libres de esa porción del sustrato tipo n se desplazan debido a la repulsión de la placa de la puerta negativa y, en consecuencia, aparecen aquí capas de iones positivos descubiertos. Ahora bien, si aumentamos aún más el voltaje negativo en el terminal de la puerta, después de un cierto voltaje llamado voltaje de umbral, debido a la fuerza electrostática, los enlaces covalentes del cristal justo debajo del SiO2 la capa empieza a romperse. En consecuencia, los pares electrón-hueco se generan allí. Los agujeros se atraen y los electrones libres se anulan debido a la negatividad de la puerta. De esta manera, la concentración de agujeros aumenta allí y crea un canal de agujeros desde el origen hasta la región de drenaje. Los agujeros también provienen tanto de la fuente tipo p fuertemente dopada como de la región de drenaje. Debido a la concentración de agujeros en ese canal, el canal se convierte en conductivo por el que puede pasar la corriente eléctrica. Ahora apliquemos un voltaje negativo en el terminal de drenaje. El voltaje negativo en la región de drenaje reduce la diferencia de voltaje entre la compuerta y el drenaje reduce, como resultado, el ancho del canal conductor se reduce hacia la región de drenaje como se muestra a continuación. Al mismo tiempo, la corriente fluye desde la fuente hasta el desagüe que se muestra en la punta de la flecha.El canal creado en el mosfet ofrece una resistencia a la corriente desde la fuente hasta el drenaje. El resistencia del canal depende de la sección transversal del canal y la sección transversal del canal de nuevo depende del voltaje de puerta negativo aplicado. Así que podemos controlar la corriente de la fuente para drenar con la ayuda de un voltaje de puerta aplicado, por lo tanto el MOSFET es un dispositivo electrónico controlado por voltaje. A medida que la concentración de agujeros forma el canal, y la corriente a través del canal se incrementa debido al aumento del voltaje negativo de la puerta, llamamos al MOSFET como MOSFET de mejora del canal P.
Mejora del canal N MOSFET
El funcionamiento del MOSFET de mejora del canal N es similar al del MOSFET de mejora del canal P, pero sólo operacionalmente y constructivamente estos dos son diferentes el uno del otro. En el MOSFET de mejora del canal N, un sustrato ligeramente dopado de tipo P forma el cuerpo del dispositivo y las regiones de origen y de drenaje están fuertemente dopadas con impurezas de tipo N. Aquí también conectamos el cuerpo y la fuente comúnmente al potencial de tierra. Ahora, aplicamos un voltaje positivo al terminal de la puerta. Debido a la positividad de la puerta y al correspondiente efecto capacitivo, los electrones libres, es decir, los portadores minoritarios del sustrato tipo p, son atraídos hacia la puerta y forman una capa de iones negativos descubiertos justo debajo de la capa dieléctrica recombinando estos electrones libres con agujeros. Si aumentamos continuamente el voltaje positivo de la puerta, después del nivel de voltaje umbral, el proceso de recombinación se satura y entonces los electrones libres empiezan a acumularse en el lugar para formar un canal conductor de electrones libres. Los electrones libres también provienen de la fuente fuertemente dopada y drenan la región tipo n. Ahora, si aplicamos un voltaje positivo en el drenaje, la corriente comienza a fluir a través del canal. La resistencia del canal depende del número de electrones libres en el canal y el número de electrones libres en el canal de nuevo depende del potencial de la puerta del dispositivo. A medida que la concentración de electrones libres forma el canal, y la corriente que pasa por el canal se incrementa debido al aumento del voltaje de la puerta, llamamos al MOSFET como MOSFET de incremento de canal N.
Agotamiento del Canal N MOSFET
El principio de funcionamiento del agotamiento MOSFET es un poco diferente al de la mejora del MOSFET. N Canal de Agotamiento MOSFET el sustrato (cuerpo) es de semiconductor tipo p. La fuente y las regiones de drenaje son de los altamente dopados semiconductor tipo n. El espacio entre la fuente y las regiones de drenaje se difunde por las impurezas de tipo n. Ahora bien, si aplicamos una diferencia de potencial entre la fuente y el drenaje, una corriente comienza a fluir a través de toda la región n del sustrato. Ahora, apliquemos un voltaje negativo en el terminal de la puerta. Debido al efecto capacitivo, los electrones libres se repiten y se desplazan hacia abajo en la región n justo debajo del SiO2 capa dieléctrica. Como resultado, habrá capas de iones positivos descubiertos debajo del SiO2 capa dieléctrica. De esta manera, se producirá un agotamiento de los portadores de carga ocurridos en el canal y por lo tanto la conductividad general del canal se reduce. En esta situación, para el mismo voltaje aplicado en el desagüe, la corriente de desagüe se reduce. Aquí hemos visto que podemos controlar la corriente de drenaje variando el agotamiento de los portadores de carga en el canal y por lo tanto lo llamamos como agotamiento MOSFET. Aquí, el drenaje está en un potencial positivo, la compuerta está en un potencial negativo y la fuente está en potencial cero. Así que la diferencia de voltaje entre el drenaje y la compuerta es mayor que la de la fuente a la compuerta, por lo que el ancho de la capa de agotamiento es mayor hacia el drenaje que hacia la fuente.
Agotamiento del canal P MOSFET
En cuanto a las instrucciones, el agotamiento del canal p del MOSFET es justo lo contrario del canal n del MOSFET. Aquí el canal preconstruido está hecho de impurezas tipo p entre la fuente tipo p fuertemente dopada y la región de drenaje. Cuando aplicamos un voltaje positivo en el terminal de la puerta, debido a la acción electrostática, los portadores minoritarios, es decir, los electrones libres de la región tipo p, son atraídos y forman allí iones estáticos de impurezas negativas. De ahí que se forme una región de agotamiento en el canal y, en consecuencia, la conductividad del canal se reduce. De esta manera, aplicando el voltaje positivo en la puerta podemos controlar la corriente de agotamiento.