Transistor à effet de champ

Un transistor à effet de champ est un système semiconducteur de la famille des transistors. Sa particularité est d'utiliser un champ électrique pour contrôler la forme et par conséquent la conductivité d'un «canal» dans un matériau semiconducteur.



Catégories :

Transistor - Composant actif - Composant électronique

Page(s) en rapport avec ce sujet :

  • Le transistor à effet de champ se commande en tension entre grille et source. caractéristiques. Observations. Lorsque le transistor travaille en régime... (source : stielec.ac-aix-marseille)
  • transistor à effet de champ à jonction. Ids=f (VDS) Vgs=Cte comporte deux parties, une zone dite ohmique ou le composant se comporte... (source : pagesperso-orange)
  • Un transistor à effet de champ sert à commander un "grand" courant drain - source IDS avec une tension de commande grille - source UGS.... (source : epsic)
Circuit électronique avec transistor à effet de champ

Un transistor à effet de champ (FET pour Field Effect Transistor) est un système semiconducteur de la famille des transistors. Sa particularité est d'utiliser un champ électrique pour contrôler la forme et par conséquent la conductivité d'un «canal» dans un matériau semiconducteur. Il concurrence le transistor bipolaire sur de nombreux domaines d'applications, tels que l'électronique numérique.

Historique

Les transistors à effet de champ sont apparus dans les années 1960.

Présentation

JFET P-Channel Labelled.svg IGFET P-Ch Enh Labelled.svg IGFET P-Ch Enh Labelled simplified.svg IGFET P-Ch Dep Labelled.svg P
JFET N-Channel Labelled.svg IGFET N-Ch Enh Labelled.svg IGFET N-Ch Enh Labelled simplified.svg IGFET N-Ch Dep Labelled.svg IGBT symbol.gif N
JFET MOSFET enr MOSFET app IGBT

Un transistor à effet de champ est un composant à trois broches : la Grille, le Drain et la Source.

On considère que la commande du transistor se fait par l'application d'une tension VGS positive dans le cas d'un type N, négative dans le cas d'un type P.

Les caractéristiques de sortie sont liées au rapport tension/courant admissible entre le drain et la source, représenté par une résistance équivalente RDSon quand le transistor est passant.

La pente (ou transconductance) du transistor est le rapport g = IDS / UGS. C'est l'inverse d'une résistance (donc une conductance). Plus elle est élevée, et plus le gain du transistor sera grand.

L'un des modèles les plus connus est le modèle 2N3819, toujours vendu aujourd'hui. Donnons ses caractéristiques :

– puissance maximale dissipée : 0, 36 W

– tension drain-source maximale : 15 V

– pente : 2 à 6, 5 mS

Comme les transistors MOS et MOSFET, les transistors à effet de champ sont plus fragiles que les transistors à jonction, surtout parce qu'ils peuvent claquer suite à une décharge d'électricité statique. C'est pourquoi on doit les protéger contre les surtensions d'origine statique ou dynamique afin d'éviter leur destruction.

– en court-circuitant les connexions externes pendant leur stockage, leur manipulation ou leur soudure.

– en les piquant dans des mousses conductrices.

Fonctionnement

Un transistor à effet de champ est un transistor unipolaire : son fonctionnement est basé sur l'action d'un champ électrique sur un canal composé d'un seul type de porteurs de charges mobiles. Ce canal est un semi-conducteur avec un excédent d'électrons (dopage de type N), ou de trous (dopage de type P). La présence d'un champ électrique peut autoriser la conduction électrique dans ce canal (transistor à enrichissement, ou enhancement) ou la diminuer (transistor à appauvrissement, ou depletion).

Comparé à un transistor à jonction ordinaire (NPN ou PNP), il présente l'intérêt d'avoir une grande impédance d'entrée (supérieure au mégohm), ce qui le rend intéressant dans certains montages (étage d'entrée d'un radiorécepteur, détecteur d'électricité statique... ). Plus exactement, cette résistance d'entrée est la résistance de fuite de la jonction grille-source (GS) polarisée en inverse. La capacité d'entrée du transistor est faible (quelques picofarads). Cette résistance d'entrée élevée et cette faible capacité d'entrée donnent aux transistors à effet de champ des caractéristiques proches de celles des tubes à vide.

En réception radio, l'intérêt des transistors à effet de champ est :

– une meilleure sélectivité des circuits associés.

– un meilleur facteur de bruit (car la bande passante du circuit est réduite, du fait d'un amortissement moindre).

C'est pourquoi on les trouve fréquemment dans les schémas de préamplificateurs d'entrée, d'oscillateurs, de mélangeurs.

Classification

JFET

Article détaillé : Junction Field Effect Transistor.

Un transistor de type JFET (Junction Field Effect Transistor ou transistor à effet de champ à jonction) présente une grille reliée au substrat. Dans le cas d'un canal dopé N, le substrat et la grille sont fortement dopés P+ et physiquement reliés au canal. Le drain et la source sont des îlots particulièrement fortement dopés N+ dans le canal, de part et d'autre de la grille. Dans le cas d'un canal dopé P, les dopages de chaque partie sont inversés, mais aussi les tensions de fonctionnement.

MOSFET

Un transistor de type MOSFET (Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor) présente une grille métallique électriquement isolée du substrat par un diélectrique de type SiO2.

MESFET

Un transistor de type MESFET (MEtal Semiconductor Field Effect Transistor) présente une grille métallique. Ce type de transistor apparu en 1966 et fut le premier à être fabriqué à partir d'un composé III-V. Comme le montre (la FigureI-2), un MESFET est constitué par un barreau de semiconducteur de type N sur lequel sont réalisés à ses deux extrémités les contacts ohmiques de source et de drain. Entre la source et le drain, un contact Schottky matérialise l'électrode de grille. Le transistor est réalisé sur un substrat semi-isolant de GaAs sur lequel on fait croître par épitaxie ou par implantation ionique la couche active avec des impuretés de type donneur (ND ≈ 2.1017 cm-3). L'adjonction d'une couche fortement dopée (ND ≈ 2.1018 cm-3) permet l'accrochage des contacts ohmiques de source et de drain, mais aussi la diminution des résistances parasites de source et de drain.

HEMT ou HFET

C'est un transistror à haute mobilité d'électrons connu sous le nom aussi de transistor à effet de champ à hétérostructure.

MODFET

CNFET

ChemFET

Article détaillé : Chemical Field Effect Transistor.

ISFET

EOSFET

ENFET

Article détaillé : Enzymatic Field Effect Transistor.

Réalisation Pratique

La structure générale d'un Transistor à effet de champ n'est pas facile à réaliser à cause des difficultés qu'on a à diffuser des impuretés des deux côtés d'une plaquette de semi-conducteur. Quasiment, on ne diffuse ces impuretés que d'un seul côté de la plaquette en utilisant la même technique que pour les diodes à jonction p-n. A cet effet, on part d'une plaquette de silicium de type p, cette plaquette étant obtenue à partir de lingots cylindriques de silicium monocristallin pur. Le substrat est mis en présence d'un courant gazeux chargé d'une impureté de type n. La vapeur produit des filins monocristallins qui s'arrangent suivant la structure du substrat, d'où le nom de dépôt épitaxial. On protège la couche épitaxiale par un revêtement de dioxyde de silicium (SiO2), revêtement qu'on obtient par un courant d'oxygène à 1200°C. Par la suite, on crée une fenêtre en enlevant l'oxyde dans une zone en forme de cadre, puis on diffuse vers 1200°C des impuretés (accepteurs d'électrons) jusqu'à ce que les zones p se propageant dans le cristal traversent la couche épitaxiale de type n. Au cours de la diffusion qui peut durer plusieurs heures une couche protectrice d'oxyde se forme à nouveau en surface selon un phénomène de ré-oxydation propre à toute diffusion. La grille est alors constituée par le cadre p (partie supérieure) et par le substrat (partie inférieur). Des connexions métalliques qui ne sont pas représentées plusieurs figures établissent les différentes liaisons à travers la couche isolante entre les électrodes et les éléments extérieurs.

Voir aussi

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 07/04/2010.
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