1.1Metodología

MOSFET INCREMENTAL Y DECREMENTAL

MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de compuerta

aislada. Es un tipo especial de transistor FET que tiene una versión NPN y otra PNP.

El NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal P.

MOS (Metal-Oxide Semiconductor, Field Effect Transistor) son muy parecidos a los

JFET. La diferencia entre estos estriba en que, en los MOS, la puerta está aislada

del canal, consiguiéndose de esta forma que la corriente de dicho terminal sea muy

pequeña, prácticamente despreciable. Debido a este hecho, la resistencia de

entrada de este tipo de transistores es elevadísima, del orden de 10.000 MW , lo que

les convierte en componentes ideales para amplificar señales muy débiles.

Existen dos tipos de MOSFET en función de su estructura interna: los de

empobrecimiento y los de enriquecimiento. Los primeros tienen un gran campo de

aplicación como amplificadores de señales débiles en altas frecuencias o radio-

frecuencia (RF), debido a su baja capacidad de entrada. Los segundos tienen una

mayor aplicación en circuitos digitales y sobre todo en la construcción de circuitos

integrados, debido a su pequeño consumo y al reducido espacio que ocupan.

MOSFET INCREMENTAL

El MOSFET de tipo incremental se diferencia del decremental en que no tiene canal

entre la fuente y el drenaje, solo tiene sustrato.

Diferentes representaciones MOSFET de enriquecimiento de canal n.

Las características de transferencia del JFET difieren a las encontradas en el

MOSFET de tipo incremental. Por lo tanto, la solución gráfica es diferente para los

dos casos ya vistos. Se debe tener en cuenta que para un MOSFET de tipo

incremental de canal-n, la corriente de drenaje (ID) es cero para aquellos niveles de

voltaje compuerta – fuente menores al nivel de umbral VGS (TH).

La corriente de drenaje se define como un exponencial a partir del nivel de umbral:

ID = k (VGS – VGS (TH)) 2 (5.6)

En las hojas de características técnicas se definen claramente los valores de voltaje

de umbral y un nivel de corriente de drenaje (ID (encendido)), valores que permiten

encontrar el valor de la constante k.

k = ID (encendido) / VGS (Encendido) - VGS (TH) (5.7)

Una vez se obtenga k, se podrán obtener los demás valores para ID.

Los MOS de enriquecimiento o acumulación, tienen amplia aplicación en los circuitos

integrados de alta y muy alta densidad de integración. Las memorias

semiconductoras, microprocesadores, etc. se construyen con una variante de este

semiconductor como lo es el “CMOS”.

Características de drenado y transferencia para un MOSFET del tipo incremental de canal-n.

Símbolos gráficos para los MOSFET del tipo incremental de canal-n y canal-p

MOSFET DEL TIPO INCREMENTAL DE CANAL-P

La construcción de un MOSFET de tipo incremental de canal-p es exactamente al

inverso. Esto es, ahora existe un substrato de tipo-n y regiones dopadas p bajo las

conexiones del drenado y del surtidor. Los terminales permanecen tal como se

indicaron, pero están invertidas todas las polarizaciones del voltaje y las direcciones

de corriente. Las características de transferencia serán una imagen de espejo

(respecto al eje ID) de la curva de transferencia de la figura 3.6, pero con ID

creciendo con los valores cada vez más negativos de VGS después de VT. Se

aplican las mismas ecuaciones que para los MOSFET de canal-n.

MOSFET DECREMENTAL

Se difunde un canal-n entre fuente y drenador lo cual hace circular una apreciable

corriente de drenador “IDSS” cuando hacemos VGS = 0 Volt y aplicamos una

tensión VDS entre los terminales drenaje y fuente.

Aun cuando existen grandes similitudes entre las curvas de transferencia de los

JFET y de los MOSFET y que permiten realizar un análisis muy parecido en el

dominio de DC, los MOSFET de tipo decremental permiten trabajar con puntos de

operación con valores VGS positivos y niveles de ID que exceden el valor de IDSS.

Nos queda la pregunta: ¿Hasta dónde deberá extenderse la curva de transferencia

hacia la región de valores positivos de VGS y hacia valores de ID mayores de IDSS

Para que un transistor de efecto de campo funcione no es necesario suministrar

corriente al terminal de puerta o graduador. Teniendo en cuenta esto, se puede

aislar totalmente la estructura de la puerta de la del canal. Con esta disposición se

consigue eliminar prácticamente la corriente de fuga que aparecía en dicho terminal

en los transistores JFET. En la siguiente figura se puede apreciar la estructura de un

MOSFET de canal N.

Este componente, puede funcionar tanto en la forma de empobrecimiento como de

enriquecimiento, como puede observarse en la siguiente figura:

La forma de trabajo de empobrecimiento se explica debido a que los electrones de la

fuente pueden circular desde el surtidor hacia el drenador a través del canal estrecho

de material semiconductor tipo N. Cuanto mayor sea la diferencia de potencial

VDDaplicada por la fuente, mayor será esta corriente. Como ocurría con el JFET, la

tensión negativa, aplicada a la puerta, produce un estrechamiento en el canal,

debido al empobrecimiento de portadores, lo que hace que se reduzca la corriente

de drenador. Aquí se aprecia claramente que, el fenómeno de control se realiza a

través del efecto del campo eléctrico generado por la tensión VGG de la puerta.

Debido a que la puerta está aislada del canal, se puede aplicar una tensión positiva

de polarización al mismo. De esta manera, se consigue hacer trabajar al MOSFET

en enriquecimiento. Efectivamente, la tensión positiva del graduador provoca un

aumento o enriquecimiento de electrones libres o portadores en el canal, de tal

forma que, al aumentar la tensión positiva VGG, aumenta también la corriente de

drenador.

Curvas características

En la siguiente figura, abajo a la izquierda, se muestra el ejemplo de una familia de

curvas de drenador de un MOSFET de empobrecimiento de canal N.

Obsérvese cómo en esta curva aparecen tanto tensiones negativas de VGS (trabajo

en modo de empobrecimiento), como positivas (trabajo en modo de

enriquecimiento). La corriente más elevada se consigue con la tensión más positiva

de VGS y el corte se consigue con tensión negativa de VGS.

De esta familia de curvas se puede obtener la curva de transconductancia, que nos

indica la relación que existe entre VGS e ID. Ésta posee la forma que se muestra en la

siguiente curva abajo a la derecha:

Obsérvese cómo esta curva aparece dibujada en los dos cuadrantes del eje de

tensiones. Esto es debido a que el MOSFET puede operar tanto con tensiones

positivas como negativas. Por esta razón, la corriente IDSS, correspondiente a la

entersección de la curva con el eje ID, ya no es la de saturación.

Como ocurría con el JFET, esta curva de trasconductancia es parabólica y la

ecuación que la define es también:

Según se puede apreciar en la curva de transconductancia de un MOSFET, este tipo

de transistor es muy fácil de polarizar, ya que se puede escoger el punto

correspondiente a VGS=0, ID=IDSS. Cuando éste queda polarizado así, el transistor

queda siempre en conducción o, normalmente, encendido.

CONSTRUCCION BASICA

El término MOSFET significa transistor de efecto de campo metal-óxido-

semiconductor. La construcción básica del MOSFET de tipo decemental de canal n

se muestra en la siguiente figura. Una placa de material tipo p está formada a partir

de una base de silicio y se le conoce como substrato, que es la base sobre la que se

construye el dispositivo, muchos dispositivos discretos ofrecen una terminal adicional

etiquetada SS, dando por resultado un dispositivo de cuatro a compuerta se

encuentra conectada también a una superficie de contacto metálico, pero permanece

aislada del cana n por medio de una capa muy delgada de dióxido de silicio (SiO2).

El hecho de que la capa SiO2 es una capa aislante, revela el siguiente hecho:

No existe conexión eléctrica directa entre la terminal de la compuerta y el canal de

un MOSFET.

Adicionalmente:

Se debe a la capa aislante de SiO2 del MOSFET explica la alta impedancia, muy

deseable, de entrada del dispositivo.

De hecho, la resistencia de entrada de un MOSFET es a menudo igual a la del JFET

normal, aun cuando la impedancia de entrada de la mayoría de los JFET es lo

suficientemente alta para la mayoría de las aplicaciones. La muy alta impedancia de

entrada continúa soportando totalmente el hecho de que la corriente de entrada (IG)

es una esencia de cero amperes para las configuraciones de polarización de dc.

MOSFET DE TIPO DECREMENTAL DE CANAL p

La construcción de este tipo de MOSFET es exactamente al inverso (por el tipo de

dopado) del canal tipo n , con la pequeña excepción , de que ahora existe un

substrato de tipo n y un canal de tipo p, como se mostrará mas adelante, las

terminales permanecen como se encuentran identificadas, pero todas las

polaridades de los voltajes y las direcciones de las corrientes están invertidas, como

lo muestra las misma figura, pero con valores negativos de VDS, ID positiva como se

indica, y VGS traerá una imagen de espejo para las características de transferencia.

1.2 Referencias bibliográficas

[ebrary], Electrónica de potencia. Tercera edición, Miguel Ángel Toledo Castellanos, 2004, México D. F., http://site.ebrary.com/lib/utasp/docDetail.action?docID=10565530&p00=mosfet+incremental

[ebrary], Circuitos electrónicos básicos, López Dorado , Almeida Martínez Arribas Alejandro, 2011, Alcalá http://site.ebrary.com/lib/utasp/docDetail.action?docID=10584062&p00=mosfet+incremental

Electrónica teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky, Octava Edición, 2003, México,