Electronica Industria

Se analizaran en este capitulo, los principios de funcionamiento y especificaciones técnicas de los transistores MOSFET (Transistores Semiconductores de Metal Oxido de Efecto de Campo) y los IGBT (Transistores Bipolares de Compuerta Aislada), ya que son los mas ampliamente utilizados en electrónica de potencia.
ESTRUCTURA METAL-OXIDO-SEMICONDUCTOR (MOS)
La estructura MOS se compone de dosterminales y tres capas: Un SUBSTRATO de silicio, puro o poco dopado p o n, sobre el cual se genera una capa de OXIDO DE SILICIO (SiO2) que posee características dieléctricas o aislantes. Por último, sobre esta se coloca una capa de METAL (Aluminio o polisilicio), que posee características conductoras. En la parte inferior se coloca un contacto óhmico, como se muestra en la siguiente Figura.

Laestructura MOS actúa como un condensador de placas paralelas en el que G y B son las placas y el óxido el aislante. De este modo, cuando VGB =0 , la carga acumulada es cero y la distribución de portadores es aleatoria y correspondiente al estado de equilibrio en el semiconductor. Si VGB > 0 , aparece un campo eléctrico entre los terminales de puerta y substrato. La región semiconductora p secomporta creando una región de empobrecimiento de cargas libres p+ (zona de deplexión), al igual que ocurriera en la región P de una unión PN cuando estaba polarizada negativamente. Esta región de iones negativos se incrementa con VGB . Al llegar a una cota de VGB , los iones presentes en la zona semiconductora de empobrecimiento no pueden compensar el campo eléctrico y se provoca la acumulación decargas negativas libres (e-) atraídos por el terminal positivo. Se dice entonces que la estructura ha pasado de estar en inversión débil a inversión fuerte. El proceso de inversión se identifica con el cambio de polaridad del substrato debajo de la región de puerta. En inversión fuerte, se forma así un CANAL de e- libres en las proximidades del terminal de gate (puerta) y de huecos p+ en el extremode la puerta.
La intensidad de puerta, iG , es cero, puesto que en continua se comporta como un condensador (GB). Por lo tanto, la impedancia desde la puerta al substrato es prácticamente infinita e iG =0 siempre en estática. Básicamente, la estructura MOS permite crear una densidad de portadores libres suficiente para sustentar una corriente eléctrica, tal como se muestra en la siguientefigura.

MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO DE CANAL N
Se trata de una estructura MOS de cuatro terminales en la que el substrato semiconductor es de tipo p poco dopado. A ambos lados de la interfase Oxido-Semiconductor se han practicado difusiones de material n, fuertemente dopado (n+), tal como se puede observar en la siguiente figura , junto con su símbolo.

Los cuatro terminales de la estructura dela Figura 86 son:
* G -- Puerta o Gate
* B -- Substrato o Body
* D -- Drenador o Drain
* S -- Fuente o Source
Obsérvese la estructura MOS de la siguiente Figura . En ella aparecen diversas fuentes de tensión polarizando los diversos terminales: VGS , VDS . Los terminales de substrato (B) y fuente (S) se han conectado a GND. De este modo, VSB =0, se dice que no existe efectosubstrato. En los MOSFET se cumple siempre la siguiente condición: iG =0 e iD = i S.

Se consideran ahora tres casos, según los valores que tome la tensión vGS:
1) VGS = 0
Esta condición implica que VGB =0 , puesto que VSB =0 . En estas condiciones no existe efecto campo y no se crea el canal de e- debajo de la puerta. Las dos estructuras PN se encuentran cortadas (B al terminal más negativo) yaisladas. iDS = 0 aproximadamente, pues se alimenta de las intensidades inversas de saturación. (VGS = 0 à i DS = 0)
2) La tensión VGS crea la zona de empobrecimiento o deplexión en el canal. Se genera carga eléctrica negativa en el canal debida a los iones negativos de la red cristalina (similar a la de una unión PN polarizada en la región inversa), dando lugar a la situación de inversión...