Fet - principios

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Transístores de Efeito de Campo
FETs ('Field Effect-Transistors')
JFETs, MOSFETs
Dispositivos e aplicações
José A. Soares Augusto
Grupo de Electrónica e Instrumentação
Dep. Física da Fac. Ciências da Univ. de Lisboa
(v3-2008)

Famílias e sub-famílias de FETs




FET de Junção - JFET
1. De Canal P
2. De Canal N
MOSFET ('Metal-Oxide Semiconductor FET') ou
IGFET ('Insulated-GateFET')
1. De Reforço
• De canal P
• De canal N
2. De Deplecção
• De Canal N
• De canal P

1

Estrutura do JFET






P - Semicondutor do tipo P
N - Semicondutor do tipo N
G - Porta ('Gate)
D - Dreno ('Drain')
S - Fonte ('Source')
A fonte (S) é o terminal do canal que debita os portadores
maioritários: os electrões no NFET e as lacunas no PFET.
Ou seja, a fonte S é oterminal mais negativo no canal do
NFET e o terminal mais positivo no canal do PFET

Semicondutores intrínsecos (sem dopagem)

Representação bi-dimensional do cristal de silício (Si).
Os círculos representam os núcleos do cristal de Si com
+4 a indicar a carga positiva de +4q, que é neutralizada
pela carga dos 4 electrões de valência. Note que as
ligações covalentes são formadas pelapartilha dos
electrões de valência. A 0 K, todas as ligações estão
intactas e não há electrões livres para conduzir corrente
eléctrica.

À temperatura ambiente, algumas
ligações covalentes partem-se por
ionização térmica. Cada ligação
quebrada origina um electrão livre
e uma lacuna, ambos disponíveis
para conduzir corrente eléctrica.

2

Semicondutores extrínsecos (do tipo n e do tipo p)Cristal de Si dopado por um elemento
pentavalente (Fósforo, Arsénio,...). Cada
átomo dopante doa um electrão livre - é o
dador. O semicondutor dopado é do tipo n.

Cristal de Si dopado por um elemento trivalente
(Gálio, Índio). Cada átomo dopante cria uma lacuna e é
chamado aceitador. O semicondutor dopado é do tipo p.

Zona de deplecção na junção p-n

Junção p-n

(a) A junção pnsem tensão aplicada
(terminais em aberto). (b) Distribuição
de potencial ao longo do eixo
perpendicular à junção.
Se uma tensão inversa (pólo positivo
no material de tipo n) fôr aplicada à
junção, a zona de deplecção alarga,
tanto mais quanto maior fôr a magnitude
dessa tensão inversa. Na zona de
deplecção não há cargas livres para
transportar corrente eléctrica.

3

Zona dedeplecção

A zona de deplecção, na junção PN polarizada
inversamente, tem poucos portadores (electrões no
semicondutor N, lacunas no semicondutor P) e, por isso,
funciona como um 'mau condutor': se esta zona alarga,
então a resistência do canal aumenta!

Comportamento
eléctrico do JFET

-

Funcionamento na zona resistiva

-

Curva ID-VDS com VGS=0 V
VP é a tensão de “pinch-off”(estrangulamento)

Estrangulamento em VDS=-VP (limiar entre a
zona resistiva/óhmica e a zona de saturação)

4

Funcionamento Eléctrico (NFET)


1.
2.


NOTA IMPORTANTE: entre a porta (G) e o
canal (D ou S) existe uma junção
semicondutora PN: para que o FET funcione
correctamente esta junção deve sempre estar
Porta P
G
polarizada inversamente, isto é:
VGS, VGD < 0 Volt no NFET
CanalN
VGS, VGD > 0 Volt no PFET
D
O funcionamento baseia-se na
expansão/contracção da zona de deplecção da
junção porta-canal

S

Funcionamento Eléctrico (cont.)
• Com VGS=0 V e VDS a aumentar, o canal comporta-se
como uma resistência quase linear (pelo menos para
VDS pequeno) e ID aumenta ‘quase’ linearmente =>
zona linear, de tríodo, resistiva
• Com VGS=0 V, quando VDS atinge a tensãode
estrangulamento ('pinchoff') -VP (note que VP é
negativa), ID permanece (quase) constante sendo
denominada IDSS => zona de saturação
• Repetindo a experiência com VGS< 0 V obtém-se uma
curva semelhante, mas mais abaixo da obtida com
VGS=0 V (veja o gráfico seguinte)
• Atenção: aqui considera-se que a tensão VP no NMOS
é negativa e no PMOS é positiva. A tensão de
estrangulamento...
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