5.1: Transistores de efecto de campo

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Marc Baldo
Massachusetts Institute of Technology via MIT OpenCourseWare

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Los transistores de efecto de campo (FET) son la columna vertebral de la industria electrónica. El notable avance de la electrónica en las últimas décadas se debe en gran parte a los avances en la tecnología FET, especialmente a su miniaturización, que ha mejorado la velocidad, ha disminuido el consumo de energía y ha permitido la fabricación de circuitos más complejos. En consecuencia, los ingenieros han trabajado para duplicar aproximadamente el número de FET en un chip complejo como un circuito integrado cada 1.5-2 años; ver Figura 5.1.1 en la Introducción. Esta tendencia, conocida ahora como la ley de Moore, fue señalada por primera vez en 1965 por Gordon Moore, un ingeniero de Intel. Abordaremos la ley de Moore y sus límites específicamente al final de la clase. Pero por ahora, simplemente notamos que los FET ya son pequeños y cada vez más pequeños. Los últimos procesadores de Intel tienen una separación fuente-drenaje de aproximadamente 65 nm.

En esta sección veremos primero los FET más simples: los transistores de efecto de campo molecular. Utilizaremos estos dispositivos para explicar la conmutación de efectos de campo. Luego, consideraremos FET de alambre cuántico balístico, FET de pozo cuántico balístico y finalmente FET macroscópicos no balísticos.

FET Moleculares

La arquitectura de un transistor de efecto de campo molecular se muestra en la Figura 5.1.1. La molécula une el contacto de fuente y drenaje proporcionando un canal para que los electrones fluyan. También hay un tercer terminal colocado cerca del conductor. Este contacto se conoce como la puerta, ya que se pretende controlar el flujo de carga a través del canal. El portón no inyecta carga directamente. Más bien está acoplado capacitivamente al canal; forma una placa de condensador, y el canal es el otro. Entre el canal y el conductor, se encuentra una delgada película aislante, a veces descrita como la capa de 'óxido', ya que en los FET de silicio el aislante de puerta está hecho de SiO2. En el dispositivo de la Figura 5.1.1, el aislador de puerta es aire.

Captura de pantalla 2021-05-12 a las 22.07.11.png — Figura\(\PageIndex{1}\): Un FET molecular. Un aislante separa la puerta de la molécula. La puerta no está diseñada para inyectar carga. Más bien influye en el potencial de la molécula.