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3.1: Introducción a los MOSFET

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    Pasamos ahora a otro dispositivo de tres terminales que también se llama transistor. (En verdad, este dispositivo realmente tiene al menos cuatro, y probablemente cinco, terminales, pero dejaremos los detalles sutiles para un momento posterior). Este transistor, sin embargo, trabaja sobre principios muy diferentes que lo hace el transistor de unión bipolar del último capítulo. Ahora nos centraremos en un dispositivo llamado Transistor de Efecto de Campo, o Transistor de Efecto de Campo Metal-Óxido-Semiconductor, o simplemente el MOSFET. Considera lo siguiente:

    Un bloque grande de silicio dopado con p contiene dos pequeñas regiones de silicio dopado con n. Un cable que pasa a través de una fuente de voltaje, con su extremo positivo orientado hacia la derecha, conecta la región n izquierda a la derecha, con una corriente I que emerge del extremo derecho de la fuente de voltaje.
    Figura\(\PageIndex{1}\): El inicio de un transistor de efecto de campo

    Aquí tenemos un bloque de silicio, dopado tipo p. Dentro de ella hemos realizado dos regiones las cuales son dopadas tipo n. A cada una de esas regiones tipo n colocamos un cable, y conectamos una batería entre ellas. Si tratamos de que algo de corriente fluya\(I\) a través de esta estructura, no pasará nada, porque la unión n-p del lado derecho está polarizada inversa (Tenemos el plomo positivo de la batería yendo al lado n de la unión p-n). Si intentamos remediar esto dando la vuelta a la batería, ahora tendremos la unión LHS polarizada inversa, y nuevamente, no fluirá corriente. Si por alguna razón queremos que fluya corriente, tendremos que encontrar alguna forma de formar una capa de material tipo n entre una región n y la otra. Esto luego los conectará entre sí, y podremos ejecutar corriente en una terminal y salir por la otra.

    Para ver cómo vamos a hacer esto, hagamos dos cosas. Primero creceremos una capa de\(\mathrm{SiO}_{2}\) (dióxido de silicio, o simplemente “óxido” simple) encima del silicio. (Esto resulta ser relativamente fácil: simplemente metemos la oblea en un horno con algo de oxígeno fluyendo a través de ella, y calentamos todo hasta aproximadamente\(1100 ^{\circ} \mathrm{C}\) durante una hora más o menos, y terminamos con una\(\mathrm{SiO}_{2}\) capa aislante agradable y de alta calidad encima del silicio). Encima de la capa de óxido depositamos entonces un conductor, al que llamamos puerta. En los “viejos tiempos” la puerta habría sido una capa de aluminio (De ahí el nombre “metal-óxido-silicio” o MOS). Hoy en día, es mucho más probable que se deposite una capa fuertemente dopada de silicio policristalino (polisilicio, o más a menudo simplemente “poli”) para formar la estructura de la puerta. (Supongo que “POS” le sonó gracioso a la gente en el campo, porque nunca se dio cuenta como nombre para estos dispositivos). El polisilicio está hecho de la reducción de un gas, como el silano\(\left(\mathrm{SiH}_{4}\right)\) a través de la reacción

    \[\ce{SiH4 \ g -> Sis + 2H2(g)} \nonumber\]

    El silicio es policristalino (compuesto por lotes de pequeños cristalitos de silicio) porque se deposita sobre el óxido, que es amorfo, y por lo tanto no proporciona una “matriz” monocristalina que permita que el silicio se organice en un solo cristal. Si hubiéramos depositado el silicio sobre una oblea de silicio monocristalino, habríamos formado una sola capa cristalina de silicio llamada capa epitaxial. (La epitaxia viene del griego, y solo significa “ordenado”. Así, una capa epitaxial es aquella que sigue el orden del sustrato sobre el que se cultiva). Esto a veces se hace para hacer estructuras para aplicaciones particulares. Por ejemplo, el crecimiento de una capa epitaxial tipo n sobre un sustrato tipo p permite la fabricación de una unión p-n muy abrupta.


    This page titled 3.1: Introducción a los MOSFET is shared under a CC BY 1.0 license and was authored, remixed, and/or curated by Bill Wilson.