Este artigo discute um dos dois principais tipos de transistor semicondutor: transistor de efeito de campo (FET). O outro é transistor de junção bipolar (BJT).
Dispositivos ativos, tubos a vácuo e transistores mudam como passam corrente dependendo da polarização. Para diodos simples (ânodo e cátodo, mesmo para tubos e semicondutores), polarização direta tem tensão negativa no cátodo e positiva no ânodo — passa corrente com pequena queda. Polarização reversa tem negativa no ânodo, positiva no cátodo — bloqueia corrente como interruptor controlado por polarização.
Dispositivos ativos complexos, triodos (ânodo, cátodo, grade), pentodos (ânodo, cátodo, três grades) e transistores semicondutores agem como diodos quando reversamente polarizados. Quando polarizados diretamente, conduzem corrente, mas quantidade pode ser modificada por tensão de grade (tubo) ou correntes de controle (corrente de base para BJTs, corrente de gate para FETs). Isso permite amplificar pequenos sinais aplicados ao controle.
Discussão sobre fabricação fica para outro artigo. Aqui veremos tipos gerais de FET e como contrastam entre si, outros semicondutores e tubos a vácuo.
Teoria para criar FET precede BJT, mas tecnologia para criar FET veio depois. Primeiras patentes FET em 1925 e 1934, mas fabricação prática iniciou nos anos 1960. FET opera em estado sólido controlando corrente como tubos a vácuo. Corrente do cátodo ao ânodo controlada por tensão de polarização no gate (grade). Construção semicondutora fornece "pontos de estrangulamento" no caminho da corrente onde campos carregados restringem fluxo, como grades carregadas em tubos para triodos, ou aumentam fluxo dependendo do substrato e modo. Projetistas de tubos achavam FETs mais fáceis que BJTs.
Duas classificações amplas: tipo de canal e modo. Tipo de canal pela dopagem do canal principal. N-Canal: canal dopado negativamente. P-Canal: dopagem positiva. Modos: Enhancement (canal desligado, sem corrente com bias zero no gate) e Depletion (canal ligado, corrente flui com bias zero). Em ambos, maior bias no gate entrega mais corrente em N-Canal e menos em P-Canal.
Primeiros FETs: Junction FETs (JFETs), construídos como BJTs. Subconjunto usou junção Schottky (transição mais nítida Off-On) no lugar de junção PN — chamados MESFETs. Próximo tipo: Insulated Gate FET (IGFET), gate com camada isolante em mícrons na junção PN. IGFETs comuns: MOSFET (Metal-Oxide) e CMOS (Complementary MOSFET). MOS e CMOS são FETs mais comuns hoje. FETs especiais: HFET para alta velocidade.
Source = emissor BJT / cátodo tubo. Gate = base BJT / grade tubo. Drain = coletor BJT / ânodo tubo. Substrate também em esquemáticos padrão.
Mais comum: Silício puro (Si). Barato, durável, fácil. Dispositivos digitais usam FETs em silício. Também ligas: Arseneto de Gálio (GaAs) e Silício-Germânio (SiGe). Velocidade de comutação maior que Si, mas custo maior. GaAs oferece dureza natural à radiação (Si precisa revestimento diamante) e invisível a IR. Outros: Fosfeto de Índio (InP) e safira em laboratório.
vs BJTs: FETs têm comutação mais rápida e geram menos calor por comutação. FETs permitem geometrias menores, mais transistores por mícron². Porém, FETs (especialmente MOSFETs iniciais) mais sensíveis a descarga eletrostática (ESD) que BJTs. vs Tubos: FETs são ordens de magnitude menores, mais eficientes e custo-efetivos. Não precisam aquecedor de cátodo. Tubos quase imunes a ESD e pulsos eletromagnéticos (efeito colateral de detonação nuclear) e mais efetivos em alta potência (kV+) e altas frequências (rádio/TV transmissores).
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