Transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor
Prácticamente la totalidad de los microprocesadores comerciales están basados en transistores MOSFET.El MOSFET es un dispositivo de cuatro terminales llamados fuente (S), drenador (D), puerta (G) y sustrato (B).Sin embargo, el sustrato generalmente está conectado internamente al terminal de fuente y por este motivo se pueden encontrar dispositivos MOSFET de tres terminales.El físico austro-húngaro Julius Edgar Lilienfeld solicitó en Canadá en el año 1925[1] una patente para "un método y un aparato para controlar corrientes eléctricas" y que se considera el antecesor de los actuales transistores de efecto campo.Por estos tres factores, los transistores MOSFET se han convertido en el dispositivo utilizado más ampliamente en la construcción de circuitos integrados.Existen distintos símbolos que se utilizan para representar al transistor MOSFET.En algunos casos, se utiliza una línea segmentada en tres partes para el canal del MOSFET de enriquecimiento, y una línea sólida para el canal del MOSFET de empobrecimiento.Otra línea es dibujada en forma paralela al canal para destacar la puerta.(sin sustrato) o Deplexión (MOSFET-D) Para aquellos símbolos en los que el terminal del sustrato se muestra, aquí se representa conectado internamente al terminal de fuente.Existen dos tipos de transistores MOSFET, ambos basados en la estructura MOS.Comparado con el condensador MOS, el MOSFET incluye dos terminales adicionales (fuente y drenador), cada uno conectado a regiones altamente dopadas que están separadas por la región del sustrato.La fuente y el drenador (de forma distinta al sustrato) están fuertemente dopadas y en la notación se indica con un signo '+' después del tipo de dopado.Cuando se aplica una tensión negativa entre puerta-fuente (positiva entre fuente-puerta) se crea un canal de tipo p en una superficie del sustrato tipo n, de forma análoga al canal n, pero con polaridades opuestas para las cargas y las tensiones.En los MOSFET modernos se requieren modelos computacionales que exhiben un comportamiento mucho más complejo.En un proceso de fabricación se pueden ajustar estos dos parámetros para modificar el comportamiento eléctrico del dispositivo.La longitud del canal (L) se utiliza además para referirse a la tecnología con la cual fue fabricado el componente electrónico.El MOSFET ha sido escalado continuamente para reducir su tamaño por varias razones.Debido a que los costos de fabricación para una oblea de semiconductor son relativamente estables, el costo por cada circuito integrado que se produce está relacionado principalmente al número de circuitos que se pueden producir por cada oblea.Las características anteriores han sido el caso tradicional para las tecnologías antiguas, pero para los transistores MOSFET de las generaciones recientes, la reducción de las dimensiones del transistor no necesariamente implica que la velocidad de los circuitos se incremente, debido a que el retardo debido a las interconexiones se vuelve cada vez más importante.Algunos de los factores que limitan el escalamiento del MOSFET son las siguientes:
Estructura del MOSFET donde se muestran los terminales de puerta (G), sustrato (B), fuente (S) y drenador (D). La puerta está separada del cuerpo por medio de una capa de aislante (blanco).
Fotomicrografía de dos MOSFETs con puerta de metal en un arreglo de prueba. Los pads para las dos puertas (G) y los tres nodos de fuente (S) y drenador (D) están indicados.
Estructura Metal-óxido-semiconductor construida con un sustrato de silicio tipo p
Formación del canal en un MOSFET NMOS
: Superior: Una tensión de puerta dobla las bandas de energía, y se agotan los huecos de la superficie cercana a la puerta (izquierda). La carga que induce el doblamiento de bandas se equilibra con una capa de cargas negativas de iones aceptores (derecha). Inferior: Una tensión todavía mayor aplicada en la puerta agota los huecos, y la banda de conducción disminuye de forma que se logra la conducción a través del canal.
Corriente de drenador vs. tensión drenador-surtidor para distintos valores de
; el límite entre la región
lineal
(
óhhmica
) y la región de
saturación
(
activa
) se indica por la parábola en rojo.
NMOS en modo de corte.
La región blanca indica que no existen portadores libres en esta zona, debido a que los electrones son repelidos del canal.
NMOS en la región lineal.
Se forma un canal de tipo n al lograr la inversión del sustrato, y la corriente fluye de drenador a fuente.
NMOS en la región de saturación.
Al aplicar una tensión de drenador más alta, los electrones son atraídos con más fuerza hacia el drenador y el canal se deforma.
Las dimensiones características de un transistor MOSFET son la longitud de canal (L) y el ancho de la puerta (W).
Tendencia de la longitud del canal y el ancho de puerta en transistores MOSFET fabricados por Intel, a partir de la tecnología de 130 nm.
