Transistor Effet de Champ [PDF]

Zitiervorschau

Chapitre 3 TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP (FET) INTRODUCTION 1. TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION PN (JFET) 1.1 Structure et symbole 1.2 Principe de fonctionnement 1.3 Caractéristiques électriques 1.4 Polarisation du JFET 1.5 Schéma équivalent en petits signaux. 2. UTILISATIONS DES JFETs 2.1 Amplificateur à JFETs: Montage Source Commune 2.2 Utilisation en résistance commandée 2.3 Source de courant 3. LE TRANSISTOR MOSFET « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » 3.1 MOSFET à canal induit 3.1.1 Structure et fonctionnement 3.1.2 Caractéristiques 3.2 MOSFET à canal diffusé (à déplétion) 3.2.1 Structure et fonctionnement 3.2.2 Caractéristiques 4. UTILISATION DES MOSFETs. INTRODUCTION Ce chapitre est consacré aux transistors à effet de champ, ou FET ( Field Effect Transistor ), dont l’état de conduction et l’intensité du courant sont contrôlés par la tension appliquée à une électrode de grille. Ce sont des transistors unipolaires (par opposition aux transistors bipolaires), car le courant n’est transporté que par un seul type de porteurs de charge (électrons ou trous). Il en existe une grande variété : les JFET (Jonction Field Effect Transistors), dans lesquels la tension de grille contrôle l’extension de la région de déplétion d’une jonction PN, les MESFET (Metal semiconductor FET), dans lesquels la jonction PN est remplacée par une jonction métalsemiconducteur, et enfin les MOSFET (Metal Oxide FET), dans lesquels la grille est séparée du semiconducteur par un oxyde, jouant le rôle d’un isolant. Le fonctionnement des FET est fondamentalement plus simple que celui des transistors bipolaires. Historiquement, le principe des transistors à effet de champ a été proposé très tôt dans le développement des dispositifs électroniques (1930, Lilienfeld), mais son implémentation pratique a été freinée à l’époque par le manque de compréhension du rôle joué par les effets de surface. Ce retard a permis aux transistors bipolaires de se développer considérablement. Le problème des états de surface n’a été résolu qu’en 1960, avec le premier prototype de MOSFET de Kahn et Attala. Les transistors MOSFET au silicium ont ensuite petit à petit supplanté les transistors bipolaires dans bon nombre d’applications. En effet, par leur principe du contrôle de l’état de conduction par une tension, les transistors à effet de champ sont idéals pour fonctionner en commutation dans les applications d’électronique numérique. Ils se prêtent également facilement à la miniaturisation. Actuellement, les mémoires et les processeurs au silicium peuvent contenir plusieurs millions de transistors MOSFET.

1. TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION PN (JFET) 1.1 Structure et symbole De même qu'il existe deux types de transistors bipolaires (NPN et PNP), le FET à jonction (ou JFET) est décliné en deux versions: le canal N et le canal P. Les deux types de transistors sont représentés dans les figures 1 et 2. Drain

Grille

Source

D (Drain)

P Canal N

G (Grille)

Substrat P S (Source)

Figure 1: JFET à canal N Drain

Grille

Source

D (Drain)

N Canal P

G (Grille)

Substrat N S (Source)

Figure 2: JFET à canal P On distingue 3 contacts: • la Source S est l'électrode par où les porteurs majoritaires entrent dans le barreau. (Source d'électrons) • le drain D est l'électrode par où les porteurs majoritaires quittent le barreau. (Électrode chargée de drainer les électrons) • la grille G permet de commander le courant IDS La flèche représente la jonction grille / canal, et son sens indique quel serait le sens du courant si la jonction était passante. 1.2. Principe de fonctionnement Prenons le cas d'un transistor à canal N. VGS VDS SS

G

D Zone dépeuplée

Canal N

B

Figure 2: Principe de fonctionnement d'un JFET En fonctionnement normal, le drain sera polarisé positivement par rapport à la source (V DS > 0), la grille sera polarisée négativement par rapport à la source (V GS