Voltaje umbral
El voltaje umbral , comúnmente abreviado como V th , de un transistor de efecto de campo (FET) es el voltaje mínimo de puerta a fuente V GS (th) que se necesita para crear una ruta conductora entre la fuente y los terminales de drenaje. Es un factor de escala importante para mantener la eficiencia energética.
Cuando se hace referencia a un transistor de efecto de campo de unión (JFET), el voltaje de umbral a menudo se denomina voltaje de pellizco . [1] [2] Esto es algo confuso ya que el pellizco aplicado al transistor de efecto de campo de puerta aislada (IGFET) se refiere al pellizco de canal que conduce al comportamiento de saturación de corriente bajo una alta polarización de fuente-drenaje, aunque la corriente nunca está apagada . A diferencia del pellizco , el término voltaje umbral no es ambiguo y se refiere al mismo concepto en cualquier transistor de efecto de campo.
En los dispositivos en modo de mejora de canal n , no existe un canal conductor de forma natural dentro del transistor, y es necesario un voltaje de puerta a fuente positivo para crear uno de ellos. El voltaje positivo atrae electrones que flotan libremente dentro del cuerpo hacia la puerta, formando un canal conductor. Pero primero, se deben atraer suficientes electrones cerca de la puerta para contrarrestar los iones dopantes agregados al cuerpo del FET; esto forma una región sin operadores móviles llamada región de agotamiento , y el voltaje al que esto ocurre es el voltaje umbral del FET. Un aumento adicional del voltaje de puerta a fuente atraerá aún más electrones hacia la puerta que pueden crear un canal conductor desde la fuente hasta el drenaje; este proceso se llamainversión . Lo contrario es cierto para el transistor MOS de "modo de mejora" de canal p. Cuando VGS = 0, el dispositivo está "APAGADO" y el canal está abierto / no conductor. La aplicación de un voltaje de puerta negativo (-ve) al MOSFET de "modo de mejora" de tipo p mejora la conductividad de los canales encendiéndolo.
Por el contrario, los dispositivos en modo de agotamiento de canal n tienen un canal conductor que existe naturalmente dentro del transistor. De acuerdo con ello, el término tensión de umbral no se aplica fácilmente a girar dichos dispositivos, pero se utiliza en lugar para denotar el nivel de tensión en el cual el canal es lo suficientemente amplia para permitir que los electrones fluyan fácilmente. Este umbral de facilidad de flujo también se aplica a los dispositivos de modo de agotamiento del canal p , en los que un voltaje negativo de la puerta al cuerpo / fuente crea una capa de agotamiento al forzar los orificios cargados positivamente lejos de la interfaz puerta-aislador / semiconductor, dejando expuso una región libre de portadores de iones aceptores inmóviles, cargados negativamente.
Para el transistor MOS de agotamiento de canal n, un voltaje de fuente de puerta negativo, -VGS agotará (de ahí su nombre) el canal conductor de sus electrones libres y apagará el transistor. Del mismo modo, para un transistor MOS de "modo de agotamiento" de canal p, un voltaje de fuente de puerta positivo, + VGS agotará el canal de sus orificios libres y lo apagará.
En los transistores planos anchos, el voltaje de umbral es esencialmente independiente del voltaje de drenaje-fuente y, por lo tanto, es una característica bien definida, sin embargo, es menos claro en los MOSFET modernos de tamaño nanométrico debido a la reducción de la barrera inducida por el drenaje .
