Un transistor es un dispositivo semiconductor que se utiliza para amplificar o cambiar señales electrónicas y energía eléctrica . Los transistores son uno de los componentes básicos de la electrónica moderna . [1] Está compuesto de material semiconductor generalmente con al menos tres terminales para la conexión a un circuito externo. Un voltaje o corrienteaplicado a un par de terminales del transistor controla la corriente a través de otro par de terminales. Debido a que la potencia controlada (salida) puede ser mayor que la potencia controladora (entrada), un transistor puede amplificar una señal. Hoy en día, algunos transistores se empaquetan individualmente, pero muchos más se encuentran integrados en circuitos integrados .
El físico austrohúngaro Julius Edgar Lilienfeld propuso el concepto de un transistor de efecto de campo en 1926, pero en ese momento no era posible construir un dispositivo que funcionara. [2] El primer dispositivo funcional que se construyó fue un transistor de contacto puntual inventado en 1947 por los físicos estadounidenses John Bardeen y Walter Brattain mientras trabajaban con William Shockley en Bell Labs . Los tres compartieron el Premio Nobel de Física de 1956 por su logro. [3] El tipo de transistor más utilizado es el transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET), que fue inventado por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. [4] [5] [6] Transistores revolucionó el campo de la electrónica y allanó el camino para radios , calculadoras y computadoras más pequeñas y baratas , entre otras cosas.
La mayoría de los transistores están hechos de silicio muy puro y algunos de germanio , pero a veces se utilizan otros materiales semiconductores. Un transistor puede tener solo un tipo de portador de carga, en un transistor de efecto de campo, o puede tener dos tipos de portadores de carga en dispositivos de transistores de unión bipolar . En comparación con el tubo de vacío , los transistores son generalmente más pequeños y requieren menos energía para funcionar. Ciertos tubos de vacío tienen ventajas sobre los transistores a frecuencias de operación muy altas o voltajes de operación altos. Muchos tipos de transistores se fabrican según especificaciones estandarizadas por varios fabricantes.
Historia
El triodo termoiónico , un tubo de vacío inventado en 1907, permitió la tecnología de radio amplificada y la telefonía de larga distancia . El triodo, sin embargo, era un dispositivo frágil que consumía una cantidad sustancial de energía. En 1909, el físico William Eccles descubrió el oscilador de diodo de cristal. [7] El físico austrohúngaro Julius Edgar Lilienfeld presentó una patente para un transistor de efecto de campo (FET) en Canadá en 1925, [8] que estaba destinado a ser un reemplazo de estado sólido para el triodo. [9] [10] Lilienfeld también presentó patentes idénticas en los Estados Unidos en 1926 [11] y 1928. [12] [13] Sin embargo, Lilienfeld no publicó ningún artículo de investigación sobre sus dispositivos ni sus patentes citaron ejemplos específicos de un prototipo funcional. Debido a que todavía faltaban décadas para la producción de materiales semiconductores de alta calidad , las ideas de los amplificadores de estado sólido de Lilienfeld no habrían encontrado un uso práctico en las décadas de 1920 y 1930, incluso si se hubiera construido tal dispositivo. [14] En 1934, el inventor alemán Oskar Heil patentó un dispositivo similar en Europa. [15]
Transistores bipolares
Desde el 17 de noviembre de 1947 hasta el 23 de diciembre de 1947, John Bardeen y Walter Brattain en los Bell Labs de AT&T en Murray Hill, Nueva Jersey , realizaron experimentos y observaron que cuando se aplicaban dos contactos de puntos de oro a un cristal de germanio , una señal se produjo con la potencia de salida mayor que la entrada. [16] El líder del Grupo de Física del Estado Sólido, William Shockley, vio el potencial en esto, y durante los siguientes meses trabajó para expandir enormemente el conocimiento de los semiconductores. El término transistor fue acuñado por John R. Pierce como una contracción del término transresistencia . [17] [18] [19] Según Lillian Hoddeson y Vicki Daitch, autores de una biografía de John Bardeen, Shockley había propuesto que la primera patente de Bell Labs para un transistor debería basarse en el efecto de campo y que se lo nombrara como el inventor. Habiendo descubierto las patentes de Lilienfeld que quedaron en la oscuridad años antes, los abogados de Bell Labs desaconsejaron la propuesta de Shockley porque la idea de un transistor de efecto de campo que usara un campo eléctrico como una "red" no era nueva. En cambio, lo que inventaron Bardeen, Brattain y Shockley en 1947 fue el primer transistor de contacto puntual . [14] En reconocimiento a este logro, Shockley, Bardeen y Brattain recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Física de 1956 "por sus investigaciones sobre semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor". [20] [21]
El equipo de investigación de Shockley inicialmente intentó construir un transistor de efecto de campo (FET), tratando de modular la conductividad de un semiconductor , pero no tuvo éxito, principalmente debido a problemas con los estados de la superficie , el enlace colgante y los materiales compuestos de germanio y cobre. . En el curso de tratar de comprender las misteriosas razones detrás de su fracaso para construir un FET funcional, esto los llevó a inventar los transistores bipolares de punto de contacto y unión . [22] [23]
En 1948, el transistor de contacto puntual fue inventado de forma independiente por los físicos alemanes Herbert Mataré y Heinrich Welker mientras trabajaban en la Compagnie des Freins et Signaux , una subsidiaria de Westinghouse ubicada en París . Mataré tenía experiencia previa en el desarrollo de rectificadores de cristal de silicio y germanio en el esfuerzo de radar alemán durante la Segunda Guerra Mundial . Utilizando este conocimiento, comenzó a investigar el fenómeno de la "interferencia" en 1947. En junio de 1948, al presenciar corrientes que fluían a través de contactos puntuales, Mataré produjo resultados consistentes utilizando muestras de germanio producidas por Welker, similar a lo que Bardeen y Brattain habían logrado anteriormente en Diciembre de 1947. Al darse cuenta de que los científicos de Bell Labs ya habían inventado el transistor antes que ellos, la empresa se apresuró a realizar su "transición" a la producción para uso amplificado en la red telefónica de Francia y presentó su primera solicitud de patente de transistor el 13 de agosto de 1948. [24 ] [25] [26]
Los primeros transistores de unión bipolar fueron inventados por William Shockley de Bell Labs, que solicitó la patente (2.569.347) el 26 de junio de 1948. El 12 de abril de 1950, los químicos de Bell Labs, Gordon Teal y Morgan Sparks, habían producido con éxito una unión bipolar NPN amplificadora funcional. transistor de germanio. Bell Labs había anunciado el descubrimiento de este nuevo transistor "sándwich" en un comunicado de prensa el 4 de julio de 1951. [27] [28]
El primer transistor de alta frecuencia fue el transistor de germanio de barrera de superficie desarrollado por Philco en 1953, capaz de operar hasta 60 MHz . [29] Estos se hicieron grabando depresiones en una base de germanio tipo N desde ambos lados con chorros de sulfato de indio (III) hasta que tuvo un grosor de unas diez milésimas de pulgada. El indio galvanizado en las depresiones formó el colector y el emisor. [30] [31]
INTERMETALL (una empresa fundada por Herbert Mataré en 1952) mostró el primer "prototipo" de radio de transistores de bolsillo en la Internationale Funkausstellung Düsseldorf entre el 29 de agosto de 1953 y el 6 de septiembre de 1953. [32] [33] El primer bolsillo de "producción" La radio de transistores fue la Regency TR-1 , lanzada en octubre de 1954. [21] Producida como una empresa conjunta entre la División Regency de Industrial Development Engineering Associates, IDEA y Texas Instruments of Dallas Texas, la TR-1 se fabricó en Indianápolis, Indiana. . Era una radio casi de bolsillo con 4 transistores y un diodo de germanio. El diseño industrial se subcontrató a la firma de Chicago Painter, Teague y Petertil. Inicialmente se lanzó en uno de seis colores diferentes: negro, marfil, rojo mandarina, gris nube, caoba y verde oliva. Pronto seguirían otros colores. [34] [35] [36]
La primera radio para automóvil de "producción" de transistores fue desarrollada por las corporaciones Chrysler y Philco y fue anunciada en la edición del 28 de abril de 1955 del Wall Street Journal. Chrysler había hecho que la radio para automóvil de transistores, Mopar modelo 914HR, estuviera disponible como una opción a partir del otoño de 1955 para su nueva línea de autos Chrysler e Imperial de 1956 que llegaron por primera vez a las salas de exhibición de los concesionarios el 21 de octubre de 1955. [37] [38 ] [39]
La Sony TR-63, lanzada en 1957, fue la primera radio de transistores producida en serie, lo que llevó a la penetración de las radios de transistores en el mercado masivo. [40] El TR-63 pasó a vender siete millones de unidades en todo el mundo a mediados de la década de 1960. [41] El éxito de Sony con las radios de transistores llevó a que los transistores reemplazaran los tubos de vacío como la tecnología electrónica dominante a fines de la década de 1950. [42]
El primer transistor de silicio en funcionamiento fue desarrollado en Bell Labs el 26 de enero de 1954 por Morris Tanenbaum . El primer transistor de silicio comercial fue producido por Texas Instruments en 1954. Este fue el trabajo de Gordon Teal , un experto en el cultivo de cristales de alta pureza, que había trabajado anteriormente en Bell Labs. [43] [44] [45]
MOSFET (transistor MOS)
Las empresas de semiconductores se centraron inicialmente en los transistores de unión en los primeros años de la industria de los semiconductores . Sin embargo, el transistor de unión era un dispositivo relativamente voluminoso que era difícil de fabricar en serie , lo que lo limitaba a varias aplicaciones especializadas. Los transistores de efecto de campo (FET) se teorizaron como posibles alternativas a los transistores de unión, pero los investigadores no pudieron hacer que los FET funcionaran correctamente, en gran parte debido a la problemática barrera del estado de la superficie que impedía que el campo eléctrico externo penetrara en el material. [46]
En la década de 1950, el ingeniero egipcio Mohamed Atalla investigó las propiedades de la superficie de los semiconductores de silicio en Bell Labs, donde propuso un nuevo método de fabricación de dispositivos semiconductores , recubriendo una oblea de silicio con una capa aislante de óxido de silicio para que la electricidad pudiera penetrar de manera confiable hasta el conductor. silicio debajo, superando los estados superficiales que impedían que la electricidad llegara a la capa semiconductora. Esto se conoce como pasivación de superficie , un método que se volvió crítico para la industria de los semiconductores, ya que más tarde hizo posible la producción en masa de circuitos integrados de silicio . [47] [48] Presentó sus hallazgos en 1957. [49] Basándose en su método de pasivación superficial, desarrolló el proceso de semiconductor de óxido de metal (MOS). [47] Propuso que el proceso MOS podría usarse para construir el primer FET de silicio funcional, que comenzó a construir con la ayuda de su colega coreano Dawon Kahng . [47]
El transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET), también conocido como transistor MOS, fue inventado por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en 1959. [4] [5] El MOSFET fue el primer transistor verdaderamente compacto que podía miniaturizarse y producidos en masa para una amplia gama de usos. [46] Con su alta escalabilidad , [50] y mucho menor consumo de energía y mayor densidad que los transistores de unión bipolar, [51] el MOSFET hizo posible construir circuitos integrados de alta densidad , [6] permitiendo la integración de más de 10,000 transistores en un solo IC. [52]
CMOS ( MOS complementario ) fue inventado por Chih-Tang Sah y Frank Wanlass en Fairchild Semiconductor en 1963. [53] El primer informe de un MOSFET de puerta flotante fue realizado por Dawon Kahng y Simon Sze en 1967. [54] Un doble- gate MOSFET fue demostrado por primera vez en 1984 por los investigadores del Laboratorio Electrotécnico Toshihiro Sekigawa y Yutaka Hayashi. [55] [56] FinFET (transistor de efecto de campo de aleta), un tipo de MOSFET de puerta múltiple no plana 3D , se originó a partir de la investigación de Digh Hisamoto y su equipo en el Laboratorio Central de Investigación de Hitachi en 1989. [57] [58 ]
Importancia
Los transistores son los componentes activos clave en prácticamente toda la electrónica moderna . Por tanto, muchos consideran que el transistor es uno de los mayores inventos del siglo XX. [59]
La invención del primer transistor en Bell Labs fue nombrada Hito IEEE en 2009. [60] La lista de Hitos IEEE también incluye las invenciones del transistor de unión en 1948 y el MOSFET en 1959. [61]
El MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico), también conocido como transistor MOS, es con mucho el transistor más utilizado, utilizado en aplicaciones que van desde computadoras y electrónica [48] hasta tecnología de comunicaciones como teléfonos inteligentes . [62] El MOSFET ha sido considerado el transistor más importante, [63] posiblemente el invento más importante en electrónica, [64] y el nacimiento de la electrónica moderna. [65] El transistor MOS ha sido el bloque de construcción fundamental de la electrónica digital moderna desde finales del siglo XX, allanando el camino para la era digital . [66] La Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos lo llama un "invento revolucionario que transformó la vida y la cultura en todo el mundo". [62] Su importancia en la sociedad actual se basa en su capacidad para producirse en masa mediante un proceso altamente automatizado ( fabricación de dispositivos semiconductores ) que logra unos costes por transistor sorprendentemente bajos. Los MOSFET son los objetos artificiales más producidos hasta la fecha, con más de 13 sextillones fabricados en 2018. [67]
Aunque varias empresas producen cada año más de mil millones de transistores MOS empaquetados individualmente (conocidos como discretos ), [68] la gran mayoría de los transistores ahora se producen en circuitos integrados (a menudo abreviados a IC , microchips o simplemente chips ), junto con diodos , resistencias , condensadores y otros componentes electrónicos , para producir circuitos electrónicos completos. Una puerta lógica consta de hasta veinte transistores, mientras que un microprocesador avanzado , a partir de 2021, puede usar hasta 39 mil millones de transistores ( MOSFET ). [69]
El bajo costo, la flexibilidad y la confiabilidad del transistor lo han convertido en un dispositivo omnipresente. Los circuitos mecatrónicos transistorizados han reemplazado a los dispositivos electromecánicos en el control de aparatos y maquinaria. A menudo es más fácil y económico utilizar un microcontrolador estándar y escribir un programa de computadora para llevar a cabo una función de control que diseñar un sistema mecánico equivalente para controlar esa misma función.
Operación simplificada
Un transistor puede usar una pequeña señal aplicada entre un par de sus terminales para controlar una señal mucho más grande en otro par de terminales. Esta propiedad se llama ganancia . Puede producir una señal de salida más fuerte, un voltaje o corriente, que es proporcional a una señal de entrada más débil y, por lo tanto, puede actuar como un amplificador . Alternativamente, el transistor se puede usar para encender o apagar la corriente en un circuito como un interruptor controlado eléctricamente , donde la cantidad de corriente está determinada por otros elementos del circuito. [70]
Hay dos tipos de transistores, que tienen ligeras diferencias en cómo se utilizan en un circuito. Un transistor bipolar tiene terminales etiquetados como base , colector y emisor . Una pequeña corriente en el terminal de la base (es decir, que fluye entre la base y el emisor) puede controlar o cambiar una corriente mucho mayor entre los terminales del colector y del emisor. Para un transistor de efecto de campo , los terminales están etiquetados como puerta , fuente y drenaje , y un voltaje en la puerta puede controlar una corriente entre la fuente y el drenaje. [71]
La imagen representa un transistor bipolar típico en un circuito. Una carga fluirá entre los terminales del emisor y del colector dependiendo de la corriente en la base. Debido a que internamente las conexiones de base y emisor se comportan como un diodo semiconductor, se desarrolla una caída de voltaje entre la base y el emisor mientras existe la corriente de base. La cantidad de este voltaje depende del material del que está hecho el transistor y se denomina V BE . [71]
Transistor como interruptor
Los transistores se usan comúnmente en circuitos digitales como interruptores electrónicos que pueden estar en un estado "encendido" o "apagado", tanto para aplicaciones de alta potencia como fuentes de alimentación conmutadas como para aplicaciones de baja potencia como puertas lógicas . Los parámetros importantes para esta aplicación incluyen la corriente conmutada, la tensión manejada y la velocidad de conmutación, caracterizada por los tiempos de subida y bajada . [71]
En un circuito de transistor de emisor conectado a tierra, como el circuito de interruptor de luz que se muestra, a medida que aumenta el voltaje base, las corrientes de emisor y colector aumentan exponencialmente. El voltaje del colector cae debido a la reducción de la resistencia del colector al emisor. Si la diferencia de voltaje entre el colector y el emisor fuera cero (o cerca de cero), la corriente del colector estaría limitada solo por la resistencia de carga (bombilla) y el voltaje de suministro. Esto se llama saturación porque la corriente fluye libremente de colector a emisor. Cuando está saturado, se dice que el interruptor está encendido . [72]
Proporcionar suficiente corriente de excitación base es un problema clave en el uso de transistores bipolares como conmutadores. El transistor proporciona ganancia de corriente, lo que permite que una corriente relativamente grande en el colector sea conmutada por una corriente mucho más pequeña en el terminal base. La relación de estas corrientes varía según el tipo de transistor, e incluso para un tipo en particular, varía según la corriente del colector. En el ejemplo de circuito de interruptor de luz que se muestra, la resistencia se elige para proporcionar suficiente corriente de base para garantizar que el transistor esté saturado. [71]
En un circuito de conmutación, la idea es simular, lo más cerca posible, el interruptor ideal que tiene las propiedades de un circuito abierto cuando está apagado, el cortocircuito cuando está encendido y una transición instantánea entre los dos estados. Los parámetros se eligen de modo que la salida "desactivada" se limite a corrientes de fuga demasiado pequeñas para afectar los circuitos conectados, la resistencia del transistor en el estado "encendido" es demasiado pequeña para afectar los circuitos y la transición entre los dos estados es lo suficientemente rápida para no tener un efecto perjudicial. [71]
Transistor como amplificador
El amplificador de emisor común está diseñado para que un pequeño cambio en el voltaje ( V in ) cambie la pequeña corriente a través de la base del transistor cuya amplificación de corriente combinada con las propiedades del circuito significa que pequeñas oscilaciones en V in producen grandes cambios en V fuera . [71]
Son posibles varias configuraciones de amplificadores de un solo transistor, y algunos proporcionan ganancia de corriente, algo de ganancia de voltaje y algunos ambos.
Desde teléfonos móviles hasta televisores , una gran cantidad de productos incluyen amplificadores para reproducción de sonido , transmisión de radio y procesamiento de señales . Los primeros amplificadores de audio de transistores discretos apenas suministraron unos pocos cientos de milivatios, pero la potencia y la fidelidad del audio aumentaron gradualmente a medida que se disponía de mejores transistores y evolucionaba la arquitectura del amplificador. [71]
Los amplificadores de audio de transistores modernos de hasta unos pocos cientos de vatios son comunes y relativamente económicos.
Comparación con tubos de vacío
Antes de que se desarrollaran los transistores, los tubos de vacío (electrones) (o en el Reino Unido "válvulas termoiónicas" o simplemente "válvulas") eran los principales componentes activos de los equipos electrónicos.
Ventajas
Las principales ventajas que han permitido a los transistores reemplazar los tubos de vacío en la mayoría de las aplicaciones son
- Sin calentador de cátodo (que produce el brillo anaranjado característico de los tubos), lo que reduce el consumo de energía, elimina el retraso a medida que se calientan los calentadores de tubo y es inmune al envenenamiento y agotamiento del cátodo .
- Tamaño y peso muy pequeños, reduciendo el tamaño del equipo.
- Se pueden fabricar grandes cantidades de transistores extremadamente pequeños como un solo circuito integrado .
- Bajas tensiones de funcionamiento compatibles con baterías de pocas celdas.
- Suelen ser posibles circuitos con mayor eficiencia energética. Para aplicaciones de baja potencia (por ejemplo, amplificación de voltaje) en particular, el consumo de energía puede ser mucho menor que para los tubos.
- Dispositivos complementarios disponibles, que brindan flexibilidad de diseño, incluidos circuitos de simetría complementaria , lo que no es posible con tubos de vacío.
- Muy baja sensibilidad a los golpes mecánicos y las vibraciones, lo que proporciona robustez física y elimina virtualmente las señales espúreas inducidas por los golpes (por ejemplo, microfonía en aplicaciones de audio).
- No susceptible a la rotura de una envoltura de vidrio, fugas, desgasificación y otros daños físicos.
Limitaciones
Los transistores pueden tener las siguientes limitaciones:
- Carecen de la mayor movilidad de electrones que ofrece el vacío de los tubos de vacío, lo que es deseable para el funcionamiento de alta potencia y alta frecuencia, como el que se utiliza en la transmisión de televisión por aire .
- Los transistores y otros dispositivos de estado sólido son susceptibles a daños por eventos eléctricos y térmicos muy breves, incluida la descarga electrostática durante su manipulación. Los tubos de vacío son eléctricamente mucho más resistentes.
- Son sensibles a la radiación y los rayos cósmicos (se utilizan chips especiales endurecidos por radiación para los dispositivos de las naves espaciales).
- En las aplicaciones de audio, los transistores carecen de la distorsión armónica más baja, el llamado sonido de tubo , que es característico de los tubos de vacío y es el preferido por algunos. [73]
Tipos
Clasificación
PNP | Canal P | ||
NPN | Canal N | ||
BJT | JFET |
Canal P | |||
Canal N | |||
MOSFET enh | Dep. MOSFET |
Los transistores se clasifican por
- Estructura: MOSFET (IGFET), BJT , JFET , transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), otros tipos [ ¿cuál? ] .
- material semiconductor ( dopantes ):
- Los metaloides ; germanio (utilizado por primera vez en 1947) y silicio (utilizado por primera vez en 1954), en forma amorfa , policristalina y monocristalina .
- Los compuestos arseniuro de galio (1966) y carburo de silicio (1997).
- La aleación de silicio-germanio (1989)
- El alótropo del grafeno de carbono (investigación en curso desde 2004), etc. (ver Material semiconductor ).
- Polaridad eléctrica (positiva y negativa): NPN , PNP (BJT), canal N, canal P (FET).
- Potencia máxima : baja, media, alta.
- Frecuencia máxima de funcionamiento: baja, media, alta, radio (RF), frecuencia de microondas (la frecuencia máxima efectiva de un transistor en un emisor común o en un circuito de fuente común se indica con el término f T , una abreviatura de frecuencia de transición: el La frecuencia de transición es la frecuencia a la que el transistor produce una ganancia de voltaje unitaria)
- Aplicación: interruptor, propósito general, audio, alto voltaje , super-beta, par combinado.
- Physical embalaje: agujero pasante metal, agujero pasante plástico, de montaje en superficie , matriz de rejilla de bolas , módulos de potencia (véase Packaging ).
- Factor de amplificación h FE , β F ( transistor beta ) [74] o g m ( transconductancia ).
- Temperatura de trabajo: transistores de temperatura extrema y transistores de temperatura tradicionales (-55 a 150 ° C (-67 a 302 ° F)). Los transistores de temperatura extrema incluyen transistores de alta temperatura (por encima de 150 ° C (302 ° F)) y transistores de baja temperatura (por debajo de -55 ° C (-67 ° F)). Los transistores de alta temperatura que operan térmicamente estables hasta 250 ° C (482 ° F) se pueden desarrollar mediante una estrategia general de mezcla de polímeros conjugados semicristalinos interpenetrantes y polímeros aislantes de alta temperatura de transición vítrea. [75]
Por lo tanto, un transistor en particular puede describirse como silicio, montaje en superficie, BJT, NPN, interruptor de baja potencia y alta frecuencia .
Mnemotécnica
El mnemónico conveniente para recordar el tipo de transistor (representado por un símbolo eléctrico ) implica la dirección de la flecha. Para el BJT En una NPN símbolo transistor, la flecha N ot P oint i N . En un PNP símbolo, la flecha P UNTOS i N P roudly. Sin embargo, esto no se aplica a los símbolos del transistor basado en MOSFET, ya que la matriz generalmente se invierte (para NPN apunta hacia adentro).
Transistor de efecto de campo (FET)
El transistor de efecto de campo , a veces llamado transistor unipolar , utiliza electrones (en FET de canal n ) o huecos (en FET de canal p ) para la conducción. Los cuatro terminales del FET se denominan fuente , puerta , drenaje y cuerpo ( sustrato ). En la mayoría de los FET, el cuerpo está conectado a la fuente dentro del paquete, y esto se asumirá para la siguiente descripción.
En un FET, la corriente de drenaje a fuente fluye a través de un canal conductor que conecta la región de la fuente con la región de drenaje . La conductividad varía por el campo eléctrico que se produce cuando se aplica un voltaje entre la puerta y los terminales de la fuente, por lo tanto, la corriente que fluye entre el drenaje y la fuente está controlada por el voltaje aplicado entre la puerta y la fuente. A medida que aumenta el voltaje de puerta-fuente ( V GS ), la corriente de drenaje-fuente ( I DS ) aumenta exponencialmente para V GS por debajo del umbral, y luego a una tasa aproximadamente cuadrática: ( I DS ∝ ( V GS - V T ) 2 , donde V T es el voltaje umbral al que comienza la corriente de drenaje) [76] en la región de " espacio limitado por carga " por encima del umbral. No se observa un comportamiento cuadrático en los dispositivos modernos, por ejemplo, en el nodo de tecnología de 65 nm . [77]
Para poco ruido en un ancho de banda estrecho , la mayor resistencia de entrada del FET es ventajosa.
Los FET se dividen en dos familias: FET de unión ( JFET ) y FET de puerta aislada (IGFET). El IGFET se conoce más comúnmente como FET de semiconductor de óxido de metal ( MOSFET ), que refleja su construcción original a partir de capas de metal (la puerta), óxido (el aislamiento) y semiconductor. A diferencia de los IGFET, la puerta JFET forma un diodo p – n con el canal que se encuentra entre la fuente y los drenajes. Funcionalmente, esto hace que el JFET de canal n sea el equivalente en estado sólido del triodo de tubo de vacío que, de manera similar, forma un diodo entre su rejilla y el cátodo . Además, ambos dispositivos operan en el modo de agotamiento , ambos tienen una alta impedancia de entrada y ambos conducen corriente bajo el control de un voltaje de entrada.
Los FET metal-semiconductor ( MESFET ) son JFET en los que la unión p – n con polarización inversa se reemplaza por una unión metal-semiconductor . Estos, y los HEMT (transistores de alta movilidad de electrones, o HFET), en los que se utiliza un gas de electrones bidimensional con una movilidad de portadora muy alta para el transporte de carga, son especialmente adecuados para su uso en frecuencias muy altas (varios GHz).
FETs se dividen además en de modo de agotamiento y mejora de modo de tipos, dependiendo de si el canal se enciende o se apaga con cero voltaje de puerta a fuente. Para el modo de mejora, el canal está desactivado con polarización cero y un potencial de puerta puede "mejorar" la conducción. Para el modo de agotamiento, el canal está encendido con polarización cero y un potencial de puerta (de polaridad opuesta) puede "agotar" el canal, reduciendo la conducción. Para cualquier modo, un voltaje de puerta más positivo corresponde a una corriente más alta para dispositivos de canal n y una corriente más baja para dispositivos de canal p. Casi todos los JFET son de modo de agotamiento porque las uniones de diodos desviarían y conducirían si fueran dispositivos de modo de mejora, mientras que la mayoría de los IGFET son tipos de modo de mejora.
FET semiconductor de óxido de metal (MOSFET)
El transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET, MOS-FET o MOS FET), también conocido como transistor de óxido metálico y silicio (transistor MOS o MOS), [78] es un tipo de efecto de campo transistor que se fabrica mediante la oxidación controlada de un semiconductor , típicamente silicio . Tiene una puerta aislada , cuyo voltaje determina la conductividad del dispositivo. Esta capacidad de cambiar la conductividad con la cantidad de voltaje aplicado se puede utilizar para amplificar o cambiar señales electrónicas . El MOSFET es, con mucho, el transistor más común y el bloque de construcción básico de la mayoría de la electrónica moderna . [66] El MOSFET representa el 99,9% de todos los transistores del mundo. [79]
Transistor de unión bipolar (BJT)
Los transistores bipolares se denominan así porque conducen utilizando portadores tanto mayoritarios como minoritarios . El transistor de unión bipolar, el primer tipo de transistor que se produce en masa, es una combinación de dos diodos de unión y está formado por una capa delgada de semiconductor de tipo p intercalada entre dos semiconductores de tipo n (un n-p-n transistor), o una capa delgada de semiconductor tipo n intercalada entre dos semiconductores tipo p (transistor ap – n – p). Esta construcción produce dos uniones p – n : una unión base-emisor y una unión base-colector, separadas por una región delgada de semiconductor conocida como región base. (Dos diodos de unión conectados entre sí sin compartir una región semiconductora intermedia no formarán un transistor).
Los BJT tienen tres terminales, correspondientes a las tres capas de semiconductor: un emisor , una base y un colector . Son útiles en amplificadores porque las corrientes en el emisor y el colector se pueden controlar mediante una corriente de base relativamente pequeña. [80] En un transistor n – p – n que opera en la región activa, la unión emisor-base está polarizada hacia adelante (los electrones y los huecos se recombinan en la unión), y la unión base-colector tiene polarización inversa (se forman electrones y huecos en, y se alejan de la unión), y los electrones se inyectan en la región de la base. Debido a que la base es estrecha, la mayoría de estos electrones se difundirán en la unión base-colector con polarización inversa y serán arrastrados hacia el colector; quizás una centésima parte de los electrones se recombinarán en la base, que es el mecanismo dominante en la corriente de base. Además, como la base está ligeramente dopada (en comparación con las regiones emisora y recolectora), las tasas de recombinación son bajas, lo que permite que más portadores se difundan a través de la región base. Al controlar la cantidad de electrones que pueden salir de la base, se puede controlar la cantidad de electrones que ingresan al colector. [80] La corriente del colector es aproximadamente β (ganancia de corriente del emisor común) veces la corriente base. Por lo general, es superior a 100 para transistores de señal pequeña, pero puede ser menor en transistores diseñados para aplicaciones de alta potencia.
A diferencia del transistor de efecto de campo (ver más abajo), el BJT es un dispositivo de baja impedancia de entrada. Además, a medida que aumenta el voltaje base-emisor ( V BE ), la corriente base-emisor y, por lo tanto, la corriente colector-emisor ( I CE ) aumentan exponencialmente según el modelo de diodo Shockley y el modelo Ebers-Moll . Debido a esta relación exponencial, el BJT tiene una transconductancia más alta que el FET.
Se puede hacer que los transistores bipolares conduzcan mediante la exposición a la luz porque la absorción de fotones en la región base genera una fotocorriente que actúa como una corriente base; la corriente del colector es aproximadamente β veces la fotocorriente. Los dispositivos diseñados para este propósito tienen una ventana transparente en el paquete y se denominan fototransistores .
Uso de MOSFET y BJT
El MOSFET es, con mucho, el transistor más utilizado tanto para circuitos digitales como para circuitos analógicos , [81] representando el 99,9% de todos los transistores del mundo. [79] El transistor de unión bipolar (BJT) fue anteriormente el transistor más utilizado durante las décadas de 1950 a 1960. Incluso después de que los MOSFET estuvieran ampliamente disponibles en la década de 1970, el BJT siguió siendo el transistor de elección para muchos circuitos analógicos, como los amplificadores, debido a su mayor linealidad, hasta que los dispositivos MOSFET (como los MOSFET de potencia , LDMOS y RF CMOS ) los reemplazaron para la mayoría de las potencias. aplicaciones electrónicas en la década de 1980. En los circuitos integrados , las propiedades deseables de los MOSFET les permitieron capturar casi la totalidad del mercado de circuitos digitales en la década de 1970. Los MOSFET discretos (típicamente MOSFET de potencia) se pueden aplicar en aplicaciones de transistores, incluidos circuitos analógicos, reguladores de voltaje, amplificadores, transmisores de potencia y controladores de motor.
Otros tipos de transistores
- Transistor de efecto de campo (FET):
- Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET), donde la puerta está aislada por una capa poco profunda de aislante
- MOS tipo p (PMOS)
- MOS de tipo n (NMOS)
- MOS complementario (CMOS)
- RF CMOS , para electrónica de potencia
- Transistor de efecto de campo de múltiples puertas (MuGFET)
- Transistor de efecto de campo de aletas (FinFET), la región de fuente / drenaje da forma a las aletas en la superficie de silicio
- GAAFET, similar a FinFET pero se utilizan nanocables en lugar de aletas, los nanocables se apilan verticalmente y están rodeados por 4 lados por la puerta
- MBCFET, una variante de GAAFET que usa nanohojas en lugar de nanocables, fabricada por Samsung
- Transistor de película fina , que se utiliza en LCD y OLED displays
- MOSFET de puerta flotante (FGMOS), para almacenamiento no volátil
- MOSFET de potencia, para electrónica de potencia
- MOS difuso lateral (LDMOS)
- Transistor de efecto de campo de nanotubos de carbono (CNFET), donde el material del canal se reemplaza por un nanotubo de carbono
- Transistor de efecto de campo de puerta de unión (JFET), donde la puerta está aislada por una unión p – n con polarización inversa
- Transistor de efecto de campo de metal semiconductor (MESFET), similar a JFET con una unión Schottky en lugar de una unión ap-n
- Transistor de alta movilidad de electrones (HEMT)
- Transistor de efecto de campo de T invertida (ITFET)
- Transistor de efecto de campo de diodo epitaxial de retroceso rápido (FREDFET)
- Transistor de efecto de campo orgánico (OFET), en el que el semiconductor es un compuesto orgánico
- Transistor balístico (desambiguación)
- FET utilizados para detectar el medio ambiente
- Transistor de efecto de campo sensible a iones (ISFET), para medir concentraciones de iones en solución,
- Transistor de efecto de campo electrolito-óxido-semiconductor (EOSFET), neurochip ,
- Transistor de efecto de campo de ácido desoxirribonucleico (DNAFET).
- Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET), donde la puerta está aislada por una capa poco profunda de aislante
- Transistor de unión bipolar (BJT):
- Transistor bipolar heterounión , hasta varios cientos de GHz, común en los circuitos ultrarrápidos y de RF modernos
- Transistor Schottky
- transistor de avalancha
- Los transistores Darlington son dos BJT conectados entre sí para proporcionar una alta ganancia de corriente igual al producto de las ganancias de corriente de los dos transistores.
- Los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) utilizan un IGFET de potencia media, conectado de manera similar a un BJT de potencia, para proporcionar una impedancia de entrada alta. Los diodos de potencia a menudo se conectan entre ciertos terminales según el uso específico. Los IGBT son particularmente adecuados para aplicaciones industriales de servicio pesado. El ASEA Brown Boveri (ABB) 5SNA2400E170100 , [82] destinado a fuentes de alimentación trifásicas, aloja tres IGBT n – p – n en una caja que mide 38 por 140 por 190 mm y pesa 1,5 kg. Cada IGBT tiene una potencia nominal de 1.700 voltios y puede manejar 2.400 amperios.
- Fototransistor .
- El transistor bipolar conmutado por emisor (ESBT) es una configuración monolítica de un transistor bipolar de alto voltaje y un MOSFET de potencia de bajo voltaje en topología cascodo . Fue introducido por STMicroelectronics en la década de 2000, [83] y abandonado unos años más tarde alrededor de 2012. [84]
- Transistor de emisor múltiple , utilizado en lógica transistor-transistor y espejos de corriente integrados
- Transistor de base múltiple , que se utiliza para amplificar señales de muy bajo nivel en entornos ruidosos, como la captación de un tocadiscos o la entrada de una radio . Efectivamente, es una gran cantidad de transistores en paralelo donde, en la salida, la señal se agrega de manera constructiva, pero el ruido aleatorio se agrega solo estocásticamente . [85]
- Transistor de efecto de campo de túnel , donde conmuta modulando el túnel cuántico a través de una barrera.
- Transistor de difusión , formado mediante la difusión de dopantes en un sustrato semiconductor; puede ser tanto BJT como FET.
- Transistor de unión simple, se puede utilizar como generadores de impulsos simples. Comprende el cuerpo principal de semiconductor tipo P o tipo N con contactos óhmicos en cada extremo (terminales Base1 y Base2 ). Se forma una unión con el tipo de semiconductor opuesto en un punto a lo largo del cuerpo para el tercer terminal ( emisor ).
- Los transistores de un solo electrón (SET), consisten en una isla de puerta entre dos uniones de túnel. La corriente de túnel se controla mediante un voltaje aplicado a la puerta a través de un condensador. [86]
- Transistor nanofluídico , controla el movimiento de iones a través de canales submicroscópicos llenos de agua. [87]
- Multigate dispositivos :
- Transistor tetrodo
- Transistor de pentodo
- Trigate transistor (prototipo de Intel)
- Los transistores de efecto de campo de doble puerta tienen un solo canal con dos puertas en cascodo , una configuración optimizada para amplificadores , mezcladores y osciladores de alta frecuencia .
- El transistor de nanocables sin unión (JNT) utiliza un nanoalambre simple de silicio rodeado por un "anillo de bodas" eléctricamente aislado que actúa para controlar el flujo de electrones a través del cable.
- El transistor de canal de vacío , cuando en 2012, se informó que la NASA y el Centro Nacional Nanofab en Corea del Sur habían construido un prototipo de transistor de canal de vacío en solo 150 nanómetros de tamaño, se puede fabricar a bajo costo utilizando el procesamiento estándar de semiconductores de silicio, puede operar a altas velocidades incluso en entornos hostiles, y podría consumir tanta energía como un transistor estándar. [88]
- Transistor electroquímico orgánico .
- Solaristor (del transistor de célula solar), un fototransistor autoalimentado sin puerta de dos terminales.
Normas / especificaciones de numeración de piezas
Los tipos de algunos transistores se pueden analizar a partir del número de pieza. Hay tres estándares principales de denominación de semiconductores. En cada uno, el prefijo alfanumérico proporciona pistas sobre el tipo de dispositivo.
Consejo Conjunto de Ingeniería de Dispositivos Electrónicos (JEDEC)
El esquema estadounidense de numeración de piezas JEDEC evolucionó en la década de 1960. Los números de dispositivo de transistor JEDEC EIA-370 generalmente comienzan con "2N", lo que indica un dispositivo de tres terminales (los transistores de efecto de campo de doble puerta son dispositivos de cuatro terminales, así que comience con 3N), luego un dispositivo de 2, 3 o 4 dígitos número secuencial sin importancia en cuanto a las propiedades del dispositivo (aunque los primeros dispositivos con números bajos tienden a ser germanio). Por ejemplo, 2N3055 es un transistor de potencia de silicio n – p – n, 2N1301 es un transistor de conmutación de germanio p – n – p. A veces se usa un sufijo de letra (como "A") para indicar una variante más nueva, pero rara vez se obtienen agrupaciones.
Prefijo | Tipo y uso |
---|---|
1N | dispositivo de dos terminales, como diodos |
2N | dispositivo de tres terminales, como transistores o transistores de efecto de campo de puerta única |
3N | dispositivo de cuatro terminales, como transistores de efecto de campo de doble puerta |
Estándar industrial japonés (JIS)
La especificación japonesa JIS-C-7012 para los números de pieza de los transistores comienza con "2S", [89] por ejemplo, 2SD965, pero a veces el prefijo "2S" no está marcado en el paquete - un 2SD965 solo puede estar marcado como "D965"; Un proveedor podría incluir un 2SC1815 simplemente como "C1815". Esta serie a veces tiene sufijos (como "R", "O", "BL", que significa "rojo", "naranja", "azul", etc.) para indicar variantes, como agrupaciones h FE (ganancia) más ajustadas .
Prefijo | Tipo y uso |
---|---|
2SA | p – n – p BJT de alta frecuencia |
2SB | audiofrecuencia p – n – p BJT |
2SC | BJT n – p – n de alta frecuencia |
2SD | audiofrecuencia n – p – n BJT |
2SJ | FET de canal P (tanto JFET como MOSFET) |
2SK | FET de canal N (tanto JFET como MOSFET) |
Asociación europea de fabricantes de componentes electrónicos (EECA)
El esquema europeo de numeración de partes EECA fue heredado de Pro Electron cuando se fusionó con EECA en 1983. Este esquema de numeración de partes comienza con dos letras: la primera da el tipo de semiconductor (A para germanio, B para silicio y C para materiales como GaAs) ; la segunda letra indica el uso previsto (A para diodo, C para transistor de propósito general, etc.). A continuación, aparece un número de secuencia de 3 dígitos (o una letra y luego dos dígitos, para los tipos industriales). Con los primeros dispositivos, esto indicaba el tipo de caso. Se pueden usar sufijos, con una letra (por ejemplo, "C" a menudo significa FE h alta , como en: BC549C [90] ) u otros códigos pueden seguir para mostrar la ganancia (por ejemplo, BC327-25) o la clasificación de voltaje (por ejemplo, BUK854-800A [91] ). Los prefijos más comunes son:
Prefijo | Tipo y uso | Ejemplo | Equivalente | Referencia |
---|---|---|---|---|
C.A. | Germanio , transistor AF de pequeña señal | AC126 | NTE102A | |
ANUNCIO | Germanio, transistor de potencia AF | AD133 | NTE179 | |
AF | Germanio, transistor de RF de pequeña señal | AF117 | NTE160 | |
Alabama | Germanio, transistor de potencia RF | ALZ10 | NTE100 | |
COMO | Germanio, transistor de conmutación | ASY28 | NTE101 | |
AU | Germanio, transistor de conmutación de potencia | AU103 | NTE127 | |
antes de Cristo | Transistor de silicio de pequeña señal ("propósito general") | BC548 | 2N3904 | Ficha de datos |
BD | Transistor de potencia de silicio | BD139 | NTE375 | Ficha de datos |
BF | Silicio, RF (alta frecuencia) BJT o FET | BF245 | NTE133 | Ficha de datos |
BS | Transistor de conmutación de silicio (BJT o MOSFET ) | BS170 | 2N7000 | Ficha de datos |
licenciado en Derecho | Silicio, alta frecuencia, alta potencia (para transmisores) | BLW60 | NTE325 | Ficha de datos |
BU | Silicio, alto voltaje (para circuitos de deflexión horizontal CRT ) | BU2520A | NTE2354 | Ficha de datos |
CF | Arseniuro de galio , transistor de microondas de pequeña señal ( MESFET ) | CF739 | - | Ficha de datos |
CL | Arseniuro de galio, transistor de potencia de microondas ( FET ) | CLY10 | - | Ficha de datos |
Propiedad
Los fabricantes de dispositivos pueden tener su propio sistema de numeración, por ejemplo CK722 . Dado que los dispositivos son de segunda fuente , el prefijo de un fabricante (como "MPF" en MPF102, que originalmente denotaría un Motorola FET ) ahora es un indicador poco confiable de quién fabricó el dispositivo. Algunos esquemas de nomenclatura patentados adoptan partes de otros esquemas de nomenclatura, por ejemplo, un PN2222A es un (posiblemente Fairchild Semiconductor ) 2N2222A en una caja de plástico (pero un PN108 es una versión plástica de un BC108, no un 2N108, mientras que el PN100 no está relacionado con otros dispositivos xx100).
A los números de piezas militares a veces se les asignan sus códigos, como el sistema de nombres de CV militares británicos .
A los fabricantes que compran un gran número de piezas similares se les pueden suministrar "números de casa", que identifican una especificación de compra particular y no necesariamente un dispositivo con un número registrado estandarizado. Por ejemplo, una pieza de HP 1854,0053 es un transistor (JEDEC) 2N2218 [92] [93] al que también se le asigna el número CV: CV7763 [94]
Problemas de nomenclatura
Con tantos esquemas de nomenclatura independientes y la abreviatura de los números de pieza cuando se imprimen en los dispositivos, a veces se produce ambigüedad. Por ejemplo, dos dispositivos diferentes pueden estar marcados como "J176" (uno el JFET de baja potencia J176 , el otro el MOSFET 2SJ176 de mayor potencia ).
Dado que a los transistores de "orificio pasante" más antiguos se les asignan contrapartes empaquetadas de montaje en superficie , tienden a asignárseles muchos números de pieza diferentes porque los fabricantes tienen sus sistemas para hacer frente a la variedad de arreglos de pines y opciones para n – p – n + duales o combinados. Dispositivos p – n – p en un paquete. Entonces, incluso cuando el dispositivo original (como un 2N3904) puede haber sido asignado por una autoridad de estándares y bien conocido por los ingenieros a lo largo de los años, las nuevas versiones están lejos de estar estandarizadas en su denominación.
Construcción
Material semiconductor
Material semiconductor | Tensión directa de unión V @ 25 ° C | Movilidad de electrones m 2 / (V · s) @ 25 ° C | Movilidad del agujero m 2 / (V · s) @ 25 ° C | Max. temperatura de unión ° C |
---|---|---|---|---|
Ge | 0,27 | 0,39 | 0,19 | 70 hasta 100 |
Si | 0,71 | 0,14 | 0,05 | 150 hasta 200 |
GaAs | 1.03 | 0,85 | 0,05 | 150 hasta 200 |
Unión Al-Si | 0,3 | - | - | 150 hasta 200 |
Los primeros BJT se fabricaron con germanio (Ge). Actualmente predominan los tipos de silicio (Si), pero ciertas versiones avanzadas de microondas y de alto rendimiento ahora emplean el material semiconductor compuesto arseniuro de galio (GaAs) y la aleación semiconductora de silicio-germanio (SiGe). El material semiconductor de un solo elemento (Ge y Si) se describe como elemental .
Los parámetros aproximados para los materiales semiconductores más comunes utilizados para fabricar transistores se dan en la tabla adyacente. Estos parámetros variarán con un aumento de temperatura, campo eléctrico, nivel de impurezas, deformación y otros factores diversos.
El voltaje directo de unión es el voltaje aplicado a la unión emisor-base de un BJT para hacer que la base conduzca una corriente específica. La corriente aumenta exponencialmente a medida que aumenta el voltaje directo de la unión. Los valores dados en la tabla son típicos para una corriente de 1 mA (los mismos valores se aplican a los diodos semiconductores). Cuanto menor sea el voltaje directo de la unión, mejor, ya que esto significa que se requiere menos energía para "impulsar" el transistor. El voltaje directo de la unión para una corriente dada disminuye con un aumento de temperatura. Para una unión de silicio típica, el cambio es -2,1 mV / ° C. [95] En algunos circuitos se deben utilizar elementos de compensación especiales ( sensores ) para compensar tales cambios.
La densidad de los portadores móviles en el canal de un MOSFET es una función del campo eléctrico que forma el canal y de varios otros fenómenos como el nivel de impurezas en el canal. Algunas impurezas, llamadas dopantes, se introducen deliberadamente al hacer un MOSFET, para controlar el comportamiento eléctrico del MOSFET.
Las columnas de movilidad de electrones y movilidad de huecos muestran la velocidad media a la que los electrones y huecos se difunden a través del material semiconductor con un campo eléctrico de 1 voltio por metro aplicado a través del material. En general, cuanto mayor es la movilidad de los electrones, más rápido puede funcionar el transistor. La tabla indica que Ge es un material mejor que Si a este respecto. Sin embargo, Ge tiene cuatro deficiencias principales en comparación con el arseniuro de galio y silicio:
- Su temperatura máxima es limitada.
- Tiene una corriente de fuga relativamente alta .
- No puede soportar altos voltajes.
- Es menos adecuado para fabricar circuitos integrados.
Debido a que la movilidad de los electrones es mayor que la movilidad de los huecos para todos los materiales semiconductores, un transistor bipolar n – p – n dado tiende a ser más rápido que un transistor p – n – p equivalente . GaAs tiene la mayor movilidad de electrones de los tres semiconductores. Por esta razón, el GaAs se utiliza en aplicaciones de alta frecuencia. Un relativamente reciente [ ¿cuándo? ] El desarrollo de FET, el transistor de alta movilidad de electrones ( HEMT ), tiene una heteroestructura (unión entre diferentes materiales semiconductores) de arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) -arseniuro de galio (GaAs) que tiene el doble de movilidad de electrones que una barrera de metal GaAs unión. Debido a su alta velocidad y bajo nivel de ruido, los HEMT se utilizan en receptores de satélite que funcionan a frecuencias de alrededor de 12 GHz. Los HEMT basados en nitruro de galio y nitruro de aluminio y galio (AlGaN / GaN HEMT) proporcionan una movilidad de electrones aún mayor y se están desarrollando para diversas aplicaciones.
'Max. Los valores de la temperatura de unión representan una sección transversal tomada de las hojas de datos de varios fabricantes. Esta temperatura no debe excederse o el transistor podría dañarse.
'Unión Al-Si' se refiere al diodo de barrera de metal semiconductor de alta velocidad (aluminio-silicio), comúnmente conocido como diodo Schottky . Esto se incluye en la tabla porque algunos IGFET de potencia de silicio tienen un diodo Schottky inverso parásito formado entre la fuente y el drenaje como parte del proceso de fabricación. Este diodo puede ser una molestia, pero a veces se usa en el circuito.
embalaje
Los transistores discretos pueden ser transistores empaquetados individualmente o chips de transistores sin empaquetar (matrices).
Los transistores vienen en muchos paquetes de semiconductores diferentes (ver imagen). Las dos categorías principales son orificio pasante (o con plomo ) y montaje en superficie , también conocido como dispositivo de montaje en superficie ( SMD ). La matriz de rejilla de bolas ( BGA ) es el último paquete de montaje en superficie (actualmente solo para grandes circuitos integrados). Tiene "bolas" de soldadura en la parte inferior en lugar de cables. Debido a que son más pequeños y tienen interconexiones más cortas, los SMD tienen mejores características de alta frecuencia pero clasificaciones de potencia más bajas.
Los paquetes de transistores están hechos de vidrio, metal, cerámica o plástico. El paquete a menudo dicta la clasificación de potencia y las características de frecuencia. Los transistores de potencia tienen paquetes más grandes que se pueden sujetar a los disipadores de calor para mejorar la refrigeración. Además, la mayoría de los transistores de potencia tienen el colector o drenaje conectado físicamente a la caja de metal. En el otro extremo, algunos transistores de microondas de montaje en superficie son tan pequeños como granos de arena.
A menudo, un tipo de transistor determinado está disponible en varios paquetes. Los paquetes de transistores están estandarizados principalmente, pero la asignación de las funciones de un transistor a los terminales no lo está: otros tipos de transistores pueden asignar otras funciones a los terminales del paquete. Incluso para el mismo tipo de transistor, la asignación de terminales puede variar (normalmente indicada por una letra de sufijo al número de pieza, qe BC212L y BC212K).
Hoy en día, la mayoría de los transistores vienen en una amplia gama de paquetes SMT, en comparación, la lista de paquetes de orificios pasantes disponibles es relativamente pequeña, aquí hay una lista corta de los paquetes de transistores de orificios pasantes más comunes en orden alfabético: ATV, E-line, MRT, HRT, SC-43, SC-72, TO-3, TO-18, TO-39, TO-92, TO-126, TO220, TO247, TO251, TO262, ZTX851.
Los chips de transistores sin empaquetar (troquel) pueden ensamblarse en dispositivos híbridos. [96] El módulo IBM SLT de la década de 1960 es un ejemplo de un módulo de circuito híbrido que utiliza un transistor (y diodo) pasivado de vidrio. Otras técnicas de empaquetado para transistores discretos como chips incluyen Direct Chip Attach (DCA) y Chip On Board (COB). [96]
Transistores flexibles
Los investigadores han fabricado varios tipos de transistores flexibles, incluidos los transistores orgánicos de efecto de campo . [97] [98] [99] Los transistores flexibles son útiles en algunos tipos de pantallas flexibles y otros componentes electrónicos flexibles .
Ver también
- Brecha de banda
- Electrónica digital
- Transistor de unión difusa
- Ley de moore
- Transistor óptico
- Modelado de dispositivos semiconductores
- Recuento de transistores
- Modelo de transistor
- Transresistencia
- Integración a gran escala
Referencias
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Otras lecturas
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- Libros de datos
- Libro de datos discreto ; 1985; Fairchild (ahora ON Semiconductor)
- Libro de datos de semiconductores de pequeña señal , 1987; Motorola (ahora en semiconductor)
- Libro de datos de dispositivos de potencia discretos ; mil novecientos ochenta y dos; SGS (ahora STMicroelectronics)
- Libro de datos discreto ; 1978; National Semiconductor (ahora Texas Instruments)
enlaces externos
- BBC: Construyendo la historia fotográfica de los transistores en la era digital
- Monumento a los transistores de Bell Systems
- IEEE Global History Network, el transistor y la electrónica portátil . Todo sobre la historia de los transistores y los circuitos integrados.
- Este mes en la historia de la física: 17 de noviembre al 23 de diciembre de 1947: invención del primer transistor . De la Sociedad Estadounidense de Física
- 50 años del transistor . De Science Friday , 12 de diciembre de 1997
- Pinouts
- Pinouts de transistores comunes