En los transistores de efecto de campo (FET), el modo de agotamiento y el modo de mejora son dos tipos principales de transistores, que corresponden a si el transistor está en estado encendido o apagado con voltaje de puerta-fuente cero.
Los MOSFET en modo de mejora (FET semiconductores de óxido metálico) son los elementos de conmutación comunes en la mayoría de los circuitos integrados. Estos dispositivos están apagados con voltaje cero entre puerta y fuente. NMOS se puede activar elevando el voltaje de la puerta por encima del voltaje de la fuente, PMOS se puede activar elevando el voltaje de la puerta por debajo del voltaje de la fuente. En la mayoría de los circuitos, esto significa que tirar del voltaje de compuerta de un MOSFET en modo mejorado hacia su voltaje de drenaje lo enciende.
En un MOSFET en modo de agotamiento, el dispositivo normalmente está encendido con un voltaje de puerta-fuente cero. Estos dispositivos se utilizan como "resistencias" de carga en circuitos lógicos (en lógica NMOS de carga de agotamiento, por ejemplo). Para dispositivos de carga de agotamiento de tipo N, el voltaje umbral podría ser de aproximadamente −3 V, por lo que podría apagarse tirando de la puerta 3 V negativos (el drenaje, en comparación, es más positivo que la fuente en NMOS). En PMOS, las polaridades están invertidas.
El modo se puede determinar mediante el signo del voltaje umbral (voltaje de puerta relativo al voltaje de fuente en el punto donde se forma una capa de inversión en el canal): para un FET tipo N, los dispositivos en modo de mejora tienen umbrales positivos y agotamiento. -los dispositivos en modo tienen umbrales negativos; para un FET de tipo P, el modo de mejora tiene negativo y el modo de agotamiento tiene positivo.
Los transistores de efecto de campo de unión ( JFET ) están en modo de agotamiento, ya que la unión de la puerta tendría polarización directa si la puerta se llevara más que un poco de la fuente hacia el voltaje de drenaje. Estos dispositivos se utilizan en chips de arseniuro de galio y germanio , donde es difícil fabricar un aislante de óxido.
Algunas fuentes dicen "tipo de agotamiento" y "tipo de mejora" para los tipos de dispositivos como se describe en este artículo como "modo de agotamiento" y "modo de mejora", y aplican los términos de "modo" para la dirección en la que el voltaje de la puerta-fuente difiere de cero. . [1] Mover el voltaje de la compuerta hacia el voltaje de drenaje "mejora" la conducción en el canal, por lo que esto define el modo de operación de mejora, mientras que alejar la compuerta del drenaje agota el canal, por lo que esto define el modo de agotamiento.
La lógica NMOS de carga de agotamiento se refiere a la familia lógica que se volvió dominante en el silicio VLSI en la segunda mitad de la década de 1970; el proceso admitía transistores tanto en modo de mejora como en modo de agotamiento, y los circuitos lógicos típicos utilizaban dispositivos en modo de mejora como interruptores desplegables y dispositivos en modo de agotamiento como cargas o pull-ups. Las familias lógicas construidas en procesos más antiguos que no soportaban transistores en modo de agotamiento se denominaron retrospectivamente lógica de carga mejorada o lógica de carga saturada , ya que los transistores en modo mejorado generalmente estaban conectados con una puerta al suministro de V DD y operaban en la región de saturación (a veces las compuertas están polarizadas a un voltaje V GG más alto y funcionan en la región lineal, para obtener un mejor producto de retardo de potencia (PDP), pero las cargas luego ocupan más área). [2] Alternativamente, en lugar de puertas lógicas estáticas, a veces se usaba lógica dinámica como la lógica de cuatro fases en procesos que no tenían transistores en modo de agotamiento disponibles.
Por ejemplo, el Intel 4004 de 1971 utilizó lógica PMOS de puerta de silicio de carga mejorada , y el Zilog Z80 de 1976 utilizó NMOS de puerta de silicio de carga de agotamiento.
El primer MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico) demostrado por el ingeniero egipcio Mohamed M. Atalla y el ingeniero coreano Dawon Kahng en Bell Labs en 1960 fue un dispositivo semiconductor de silicio en modo mejorado . [3] En 1963, Steve R. Hofstein y Fred P. Heiman de RCA Laboratories describieron los MOSFET tanto en modo de agotamiento como en modo de mejora . [4] En 1966, T. P. Brody y H. E. Kunig en Westinghouse Electric fabricaron transistores de película delgada (TFT) MOS de arseniuro de indio (InAs) en modo de mejora y agotamiento. [5] [6] En 2022, un equipo de la Universidad de California-Santa Bárbara informó sobre el primer transistor orgánico de modo dual que se comporta tanto en modo de agotamiento como en modo de mejora. [7]