Polarizacion Mosfet

Pre-informe de laboratorio POLARIZACION MOSFET Transistor MOSFET Vamos Vamos a estudiar un transistor cuyo funcionamiento no se basa en uniones PN, como el transistor bipolar, ya que en éste, el movimiento de carga se produce excl exclus usiv ivam amen ente te por por la exis existe tenc ncia ia de camp campos os eléc eléctri trico cos s en el inte interio riorr del del dispositivo. Este tipo de transistores se conocen como, efecto de campo JFE !del inglés, Juntion Field Effect Transistor ". ". El transistor #$%FE, como veremos, est& basado en la estructura #$%. En los #$%FE de enriquecimiento, enriquecimiento, una diferencia de tensi'n entre el electrodo de la Puerta y el substrato induce un canal conductor entre los contactos de (renador y %urtidor, gracias al efecto de campo. El término enriquecimiento )ace )ace refere referenc ncia ia al increm increment ento o de la conduc conductiv tivida idad d eléctrica debido a un aumento de la cantidad de portadores de carga en la regi'n correspondiente al canal, que también es conocida como la zona de inversión. inversión. Estructura MOS *a estru estruct ctur ura a #$% #$% est& est& comp compue uest sta a de dos dos term termin inal ales es y tres tres capa capas+ s+ n %ubstrato de silicio, puro o poco dopado p dopado  p o  o n, sobre el cual se genera una capa capa de Ox Oxid ido o de Sili Silici cio o !%i$-" que, que, pose posee e cara caract cter ers sti tica cas s diel dieléc éctr tric icas as o aislantes, lo que presenta una alta impedancia de entrada. Por /ltimo, sobre esta capa, se coloca una capa de Metal !0luminio Metal  !0luminio o polisilicio", que posee caractersticas conductoras. En la parte inferior se coloca un contacto ')mico, en contacto con la capsula, como se ve en la figura.

*a estructura #$%, act/a como un condensador de placas paralelas en el que 1 y 2 son las placas y el 'xido, el aislante. (e este modo, cuando V 1234, la

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Pre-informe de laboratorio carga acumulada es cero y la distribuci'n de portadores es aleatoria y se corresponde al estado de equilibrio en el semiconductor. 5uando V1264, aparece un campo eléctrico entre los terminales de Puerta y substrato. *a regi'n semiconductora p responde creando una regi'n de empobrecimiento de cargas libres p+ !7ona de deplexi'n", al igual que ocurriera en la regi'n P  de una uni'n PN  cuando estaba polari7ada negativamente. Esta regi'n de iones negativos, se incrementa con V 12.  0l llegar a la regi'n de V12, los iones presentes en la 7ona semiconductora de empobrecimiento, no pueden compensar el campo eléctrico y se provoca la acumulaci'n de cargas negativas libres !e" atrados por el terminal positivo. %e dice entonces que la estructura )a pasado de estar en inversi'n débil a inversi'n fuerte. El proceso de inversi'n se identifica con el cambio de polaridad del substrato, deba8o de la regi'n de Puerta. En inversión fuerte, se forma as un !"N"# de e libres, en las proximidades del terminal de Puerta !1ate" y de )uecos p+en el extremo de la Puerta. *a intensidad de Puerta 9 1, es cero puesto que, en continua se comporta como un condensador !12". Por lo tanto, podemos decir que, la impedancia desde la Puerta al substrato es pr&cticamente infinita e 9134 siempre en est&tica. 2&sicamente, la estructura #$% permite crear una densidad de portadores libres suficiente para sustentar una corriente eléctrica. Regiones de operación 5uando ya existe canal inducido y V (% va aumentando, el canal se contrae en el lado del (renador, ya que la diferencia de potencial Puerta:canal es en ese punto, m&s ba8a y la 7ona de transici'n m&s anc)a. Es decir, siempre que exista canal estaremos en regi'n ')mica y el dispositivo presentar& ba8a resistencia.

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Pre-informe de laboratorio *a operaci'n de un transistor #$%FE se puede dividir en tres regiones de operaci'n diferentes, dependiendo de las tensiones en sus terminales. Para un transistor #$%FE N de enriquecimiento se tienen las siguientes regiones+ regi'n de corte, regi'n ')mica y regi'n de saturaci'n. ;egi'n de corte El transistor estar& en esta regi'n, cuando !S " t. En estas condiciones el transistor #$%FE, equivale eléctricamente a un circuito abierto, entre los terminales del (renador:%urtidor. (e acuerdo con el modelo b&sico del transistor, en esta regi'n, el dispositivo se encuentra apagado. No )ay conducci'n entre (renador y %urtidor, de modo que el #$%FE se comporta como un interruptor abierto.

;egi'n ')mica 5uando un #$%FE est& polari7ado en la re$ión ó%mica, el valor de ;(%!on" viene dado por+ V DS (on )

=

I D ( on) × RDS  (on)

En casi todas las )o8as de datos, asocian el valor de ; (%!on" a una corriente de (rena8e !9(" especfica y el volta8e Puerta:%urtidor. El #$%FE equivale a una resistencia variable conectada entre el (renador y %urtidor. El valor de esta resistencia vara dependiendo del valor que tenga la tensi'n entre la Puerta y el %urtidor !V1%".

;egi'n de saturaci'n El transistor #$%FE entra en esta 7ona de funcionamiento cuando la tensi'n entre el (renador y el %urtidor !V (%" supera un valor fi8o denominado tensi'n de saturaci'n !Vds sat" &renadorSurtidor < este valor viene determinado en las )o8as caractersticas proporcionadas por el fabricante. En esta 7ona, el #$%FE mantiene constante su corriente de (renador !9 (", independientemente del valor  de tensi'n que )aya entre el (renador y el %urtidor !V(%". Por lo tanto, el transistor equivale a un generador de corriente continua de valor 9(. 5uando la tensi'n entre (renador y Fuente supera cierto lmite, el canal de conducci'n, ba8o la Puerta sufre un estrangulamiento en las cercanas del (renador y desaparece. *a corriente entre Fuente y (renador no se interrumpe, es debido al campo eléctrico entre ambos, pero se )ace independiente de la diferencia de potencial entre ambos terminales. FIEE - UNMSM

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En la figura anterior, la parte casi vertical corresponde a la 7ona ')mica, y la parte casi )ori7ontal corresponde a la 7ona activa. El #$%FE de enriquecimiento, puede funcionar en cualquiera de ellas. En otras palabras, puede actuar como una resistencia o como una fuente de corriente. El uso principal est& en la 7ona ')mica. Polari7aci'n del #$%FE *os circuitos de polari7aci'n tpicos para #$%FE enriquecido, son similares al circuito de polari7aci'n utili7ada para JFE. *a principal diferencia entre ambos es el )ec)o de que el #$%FE de enriquecimiento tpico s'lo permite puntos de funcionamiento con valor positivo de V 1% para canal n y valor negativo de V1% para el canal p. Para tener un valor positivo de V 1% de canal n y el valor  negativo de V1% de canal p, es adecuado un circuito de auto polari7aci'n. Por lo tanto )ablamos de recorte de realimentaci'n y circuito divisor de tensi'n para me8orar el tipo #$%FE .

El transistor que usaremos ser& el 9;F=>4N (atas)eet+

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El circuito que se armar& ser& similar al de los transistores anteriores

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