Inelettronica iltransistor a effetto di campo (iningleseField-Effect Transistor, abbreviatoFET) è un tipo ditransistor largamente usato nel campo dell'elettronica digitale, diffuso anche nell'elettronica analogica.
Si tratta di un substrato di materialesemiconduttoredrogato, solitamente insilicio, al quale sono applicati quattro terminali: ilgate, ilsource, ildrain ed ilbulk; quest'ultimo, se presente, è generalmente connesso alsource e se non presente è connesso al terminale esterno delgate. Il principio di funzionamento del transistor ad effetto di campo si fonda sulla possibilità di controllare laconduttività elettrica del dispositivo, e quindi lacorrente elettrica che lo attraversa, mediante la formazione di uncampo elettrico al suo interno. Il processo di conduzione coinvolge solo iportatori di carica maggioritari, pertanto questo tipo di transistore è dettounipolare.
La diversificazione dei metodi e dei materiali usati nella realizzazione del dispositivo ha portato alla distinzione di tre principali famiglie di FET:JFET,MESFET eMOSFET. Il JFET, abbreviazione diJunction FET, è dotato di unagiunzione p-n come elettrodo rettificante; il MESFET, abbreviazione diMetal Semiconductor FET, una giunzione Schottky raddrizzante metallo-semiconduttore ed il MOSFET, abbreviazione diMetal-Oxide-Semiconductor FET, genera il campo elettrico grazie ad una struttura metallica esterna, separata dalla giunzione da uno strato di dielettrico.
Il transistor a effetto di campo è stato inventato daJulius Edgar Lilienfeld nel 1925, ma i primi dispositivi costruiti, iJFET, risalgono 1952, quando fu tecnologicamente possibile realizzarli. Il Fet più diffuso è ilMOSFET, realizzato daDawon Kahng eMartin Atalla nel 1959 presso iBell Laboratories.[1] Insieme altransistor a giunzione bipolare, il FET è il transistor più diffuso in elettronica: a differenza del BJT esso presenta il vantaggio di avere il terminalegate di controllo isolato, nel quale non passa alcuna corrente
Il transistor ad effetto di campo viene realizzato affiancando il terminale digate da due regioni di siliciodrogate in maniera opposta albulk, che costituiscono i terminali didrain esource. Tali diffusioni costituiscono unagiunzione p-n, un contatto tra i blocchi di tipo P e di tipo N ed è priva diportatori liberi. Ai due lati della giunzione vi è unadifferenza di potenziale costante, chiamatatensionebuilt-in, che deve mantenere una polarizzazione inversa per il funzionamento del dispositivo.
La regione di substrato compresa tra i due terminalidrain esource è dettaregione di canale, ed è caratterizzata da unalunghezza di canale L e da unalarghezza di canale W, misurate rispettivamente lungo la direzione parallela e perpendicolare rispetto al verso della corrente che percorre il canale. Tale regione fornisce un percorso conduttivo tra i due terminali ed è separata dalgate da un sottile strato solitamente composto da biossido di silicio.
A seconda della tensione applicata ai capi del FET si verificano tre diverse configurazioni di carica all'interno del dispositivo, riportate di seguito nel caso di un substrato con drogaggio di tipop:
La regione di accumulazione si verifica quando all'elettrodo digate viene imposta una tensione negativa rispetto albulk, generalmente posto a massa. In questa configurazione le lacune del substrato si accumulano in un piccolo strato in prossimità del terminale digate: questa è la condizione di accumulazione.
La regione di svuotamento si verifica quando all'elettrodo digate viene imposta una tensione positiva rispetto albulk. In questa configurazione le lacune del substrato si allontanano dallagate, lasciando una regione di svuotamento in prossimità di esso.
La regione di inversione si verifica quando all'elettrodo digate viene imposta una tensione positiva superiore ad una certa tensione, dettatensione di soglia. In questa configurazione gli elettroni presenti nel substrato vengono attratti dalgate, e se la tensione supera la tensione di soglia la concentrazione di elettroni in prossimità del terminale digate è maggiore di quella delle lacune: si forma così uno strato di inversione nel quale il silicio è diventato drogato di tipon.
Lo strato di inversione è molto sottile e l'elevata concentrazione di elettroni è spiegata dal processo di generazione elettrone-lacune nella regione di svuotamento.
In un transistor FET l'effetto transistor si ottiene tramite il campo elettrico indotto dallatensione applicata tra il terminale digatee l'estremità opposta del semiconduttore, dettobulk, che è generalmente posto al potenziale disource. Tale differenza di potenziale crea un canale di conduzione nel silicio attraverso il quale i portatori di carica si spostano dalsource aldrain nel caso di un FET a canale N, daldrain alsource nel caso di un FET a canale P. L'applicazione di una tensione algate permette quindi di controllare il passaggio dicariche tra ilsource e ildrain, e quindi lacorrente elettrica che attraversa il dispositivo.
Per un transistor FET a canalen la regione di substrato che collegadrain esource, la regione di canale, può essere o ricca di lacune, o vuota, o ricca di elettroni a seconda che sia rispettivamente di accumulazione, di svuotamento o di inversione. Quando si applica una tensione superiore alla tensione di soglia tra i terminali digate esource, ottenendo la regione di inversione, vi è un passaggio di cariche attraverso il canale controllato dalla tensione al terminale digate. Se la tensione è invece inferiore alla tensione di soglia vi è il passaggio di una piccola corrente, dettacorrente di sottosoglia.
Per un transistor FET a canale p, le distribuzioni di carica sono contrarie, per cui il substrato ha un drogaggio di tipon e i terminali digate esource di tipop.
A seconda della tensione applicata tragate ebulk si individuano tre regioni di lavoro del dispositivo:
La regione di interdizione, anche detta dicut-off, si verifica quando, dove è la tensione tragate esource, considerando il terminale disource cortocircuitato con l'elettrodo delbulk. In questo caso non si verifica la formazione del canale: il transistor è spento e non vi è passaggio di carica tragate esource.
La regione lineare, anche dettaregione ohmica[2][3] odi triodo, si verifica quando e.
In questo caso il transistor è acceso, e si è creato il canale che permette il passaggio di corrente tra i terminalidrain esource controllato dalla tensione VGS. Avendo il canale una componente resistiva, il MOSFET lavora come unresistore
La regione di saturazione, anche detta regione attiva,[4][5] si verifica quando e. All'aumentare della tensione tradrain esource, la differenza di potenziale fra ilgate e la regione del canale vicina aldrain diminuisce, ed il canale viene progressivamente strozzato in prossimità di esso. Tale fenomeno è dettopinch-off, e la strozzatura si verifica nel punto di ascissa, pari alla lunghezza del canale, in cui il potenziale è pari a.[6] La carica di inversione, dunque, diminuisce all'avvicinarsi al terminale didrain, e questo implica che una volta raggiunto il completo strozzamento il valore della corrente che percorre il canale non dipende dalla variazione di, dal momento che la tensione ai capi del canale ohmico rimane costante. Le cariche attraversano quindi la regione svuotata sostenute dal campo elettrico, sicché la corrente dipende solamente dalla tensione, ed il transistor funziona comeamplificatore.[6] Quando il transistor lavora in regione di saturazione la corrente dipende quadraticamente dalla tensione tragate esource:[7]
I simboli circuitali dei FET sono molteplici, tutti caratterizzati dall'avere i tre terminali,gate,source edraincon un eventualebody aggiuntivo per indicare il substrato disponibile come piedino in rari transistor MOSFET degli anni 1960[senza fonte], identificati da una linea: quella delgate è perpendicolare alle altre due. La connessione delbulk è mostrata da una freccia che punta da P a N, cioè nel caso di un FET a canalep, punta dalbulk al canale. Il contrario accade per il FET a canalen. Nel caso il terminale dibulk non sia mostrato, per ilMOSFET si usa il simbolo invertente (un pallino in prossimità delgate) per identificare i pMOS; in alternativa una freccia sulsource indica l'output per il nMOS o l'input per il pMOS.
Di seguito il confronto tra i vari simboli di MOSFET eJFET:
 |  |  |  |  | Canale P |
 |  |  |  |  | Canale N |
| JFET | MOSFET enh | MOSFET enh (nobulk) | MOSFET dep | ||
Per i simboli in cui è mostrato il terminale dibulk, esso appare connesso alsource: questa è una configurazione tipica, ma non è l'unica possibile. In generale il MOSFET è un dispositivo a quattro terminali.
I transistor a effetto di campo si possono distinguere in varie tipi a seconda della differente struttura e composizione: per ogni tipo vi sono vari modelli, differenziati dal modo in cui viene isolato il terminale digate dal canale.
I tipi principali sono elencati di seguito:
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