Los transistores de efecto de campo de óxido de metal son uno de los elementos más utilizados en los circuitos actuales de dispositivos electrónicos, fabricados con gran variedad de materiales y estructuras.
Inicialmente se utilizaron como elementos de conmutación y amplificación de señales de potencia, pero cada vez se adaptan a más aplicaciones.
Los MOSFET son elementos de conmutación eléctrica excelentes ya que permiten corrientes de corte muy pequeñas cuando no conducen pero pueden gestionar corrientes elevadas.
Un transistor MOSFET puede funcionar como amplificador con pocos elementos más para formar amplificadores operacionales, muy comunes en circuitos analógicos.
Las unidades fuente / medidor (SMUs) son los instrumentos más adecuados para caracterizar eléctricamente en corriente continua, permitiendo una gran variedad de medidas.
ADLER suministra varios modelos de SMUs con diferentes rangos de trabajo y resolución, incluso hasta 0,1 fA. O con capacidad de realizar medidas pulsadas, de la marca Keithley
El software KickStart permite la caracterización I-V de distintos dispositivos y analizar su comportamiento.
Para caracterizar un transistor son necesarias 2 SMUS. Disponemos tanto de SMUs que pueden combinarse con otras, incluso con distintos rangos y de SMUs con dos canales independientes. SMUS capaces de medir y generar muy bajas corriente y voltaje o gestionar hasta 3.000 voltios o 50A.
El MOSFET es un semiconductor basado en silicio. Una capa de oxido crecida sobre la capa de SI semiconductor y sobre ella una capa conductora.
De tal forma la estructura MOS, de arriba hacia abajo está formada por una capa metálica, una de oxido y otra semiconductora. En un transistor MOSFET hay 3 electrodos: La puerta (gate), el drenador (drain) y la fuente (source).
Para operar el dispositivo, en el caso de canal tipo N, el substrato de SI debe ser de tipo P al que se le han dopado impurezas haciendo que los huecos sean mayoritariamente portadores. El hueco en la estructura atómica del SI genérico ha perdido un electrón de manera que más huecos suponen más cargas positivas. La capa de oxido es muy fina y se forma combinando SIO2, Trabaja entonces como un aislante para evitar que la corriente fluya desde la puerta hasta el área semiconductora.
Las impurezas implantadas en el semiconductor pueden actuar como un aislante o un conductor, dependiendo de las condiciones entre la puerta, drenador y fuente.
FUNCIONAMIENTO
La corriente típica de puerta puede ser tan baja como 1 pA. Cuando se aplica un voltaje en la puerta superior al umbral los portadores mayoritarios se mueven desde la capa de oxido y los electrones libres se colocan debajo. Este campo eléctrico se llama canal y la corriente puede fluir por el canal desde el drenador a la fuente trabajando como un conductor.
Cuando el voltaje ente la puerta y la fuente es negativo o inferior al umbral, la capa de oxido trabaja como un aislante y la corriente no puede circular.
Conexión de instrumentos para el test de MOSFETs.
Es necesario utilizar 2 SMUs independientes con el rango de V e I adecuados.
Recomendamos el uso de la serie 2600B. Disponemos de elementos de conexión tanto para componentes discretos como estaciones de puntas para medir en obleas o dados de distintos tamaños.
Características de transferencia en MOSFETs
Es una medida de la corriente de drenador en función del voltaje de puerta-, es conocido como Vgs-Ids. Normalmente se mantiene fijo el voltaje en el drenador mientras se hace un barrido de V en la puerta. La figura muestra un barrido de 101 medidas desde -0,5 V hasta 3V para un V de drenador de 0,05V. Las medidas se realizan con autorango de manera que se medirán bien desde las corrientes muy bajas hasta la máxima soportada por el dispositivo. Si se trata de dispositivos de alta corriente, conviene realizar medidas a 4 hilos, utilizando los terminales sense para el drenador.
En la imagen se muestra las características de transferencia en una escala lineal. El eje X es el barrido de voltaje desde -0,5 V hasta 3 V y el eje Y es la corriente medida en el drenador es prácticamente 0 por debajo de 1V. El área por encima de 1V refleja cualitativamente el dispositivo en conducción.
En análisis detallados se suele mostrar la curva de transferencia en una escala logarítmica como se ve en la figura para apreciar la actividad a muy baja corriente justo un poco antes de empezar a conducir. Para una tensión de puerta entre 0 y 1V hay algo de corriente, por debajo de 0 no hay corriente de drenador y el dispositivo está en corte. La fuga de corriente en estado de corte es un parámetro importante y contribuye a perdidas impredecibles de potencia en los circuitos. En este caso la corriente de fuga es inferior a 60 fA cuando la puerta por debajo de 0V.
Otra ventaja de la característica de transferencia es que permite determinar la curva de transconductancia y la zona umbral. El software KickStart proporciona todos los datos necesarios, incluyendo las configuraciones de las medidas. Los datos pueden ser exportados a una hoja de cálculo como Excel, permitiendo mostrar la transconductancia (Gm).
La transconductancia es la derivada de la curva de transferencia que es la pendiente de cada punto.
Se han establecido muchos métodos para calcular el voltaje umbral. El más aceptado es el método de extrapolación lineal. en este caso 1,16 V.
Características de salida del MOSFET
Se obtienen barriendo el voltaje de puerta en un rango determinado con incrementos específicos. Se aplica un voltaje en la puerta, se barre el V de drenador en el rango necesario midiendo la corriente de drenador en cada punto y mostrar Vds-Ids con una familia de curvas correspondientes a cada V de puerta.
Según aumenta el V de drenador la corriente de drenador aumenta hasta saturarse y no sigue haciéndolo, pasando de la zona óhmica a la zona de saturación. Se obtiene una curva para cada voltaje de puerta.
Fuente: https://www.adler-instrumentos.es/laboratorio/caracterizacion-de-transitores-mosfet/
