Tipos de Transistores de Efecto de Campo: JFET, MOSFET e IGBT

Clasificación de Transistores de Efecto de Campo (FET)

El canal de un transistor de efecto de campo (FET) es dopado para producir un semiconductor de tipo N o de tipo P. El drenador y la fuente pueden estar dopados de manera contraria al canal, como en el caso de los FET de modo de enriquecimiento, o dopados de manera similar al canal, como en los FET de modo de empobrecimiento. Los transistores de efecto de campo también se distinguen por el método de aislamiento entre el canal y la puerta (gate).

Podemos clasificar los transistores de efecto de campo según este método de aislamiento:

• JFET (Junction Field-Effect Transistor): Utiliza una unión p-n inversamente polarizada como aislante.
• MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor): Usa un aislante dieléctrico, normalmente dióxido de silicio (SiO₂).
• MESFET (Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor): Sustituye la unión PN del JFET por una barrera Schottky.
• HEMT (High Electron Mobility Transistor): También denominado HFET (heterostructure FET), utiliza una heteroestructura de semiconductores para formar el canal, lo que permite una altísima movilidad de electrones.
• MODFET (Modulation-Doped Field Effect Transistor): Es un tipo de HEMT.
• IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor): Es un dispositivo para el control de potencia. Son comúnmente usados cuando el rango de voltaje drenaje-fuente está entre los 200 y 3000 V. Aun así, los Power MOSFET todavía son los dispositivos más utilizados en el rango de tensiones drenaje-fuente de 1 a 200 V.
• FREDFET (Fast Recovery Epitaxial Diode Field-Effect Transistor): Es un FET especializado diseñado para proporcionar una recuperación ultrarrápida del diodo de cuerpo.
• DNAFET: Es un tipo especializado de FET que actúa como biosensor, usando una puerta fabricada de moléculas de ADN de una sola cadena para detectar cadenas de ADN complementarias.

Transistor MOSFET

El transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor o MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) es un transistor utilizado para amplificar o conmutar señales electrónicas. Aunque el MOSFET es un dispositivo de cuatro terminales llamadas surtidor (S), drenador (D), compuerta (G) y sustrato (B), el sustrato generalmente está conectado internamente al terminal del surtidor. Por este motivo, se pueden encontrar dispositivos de tres terminales similares a otros transistores de efecto de campo.

El transistor MOSFET está basado en la estructura MOS. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica, ya sea en circuitos analógicos o digitales, aunque el transistor de unión bipolar fue mucho más popular en el pasado. Prácticamente la totalidad de los microprocesadores comerciales están basados en transistores MOSFET.

Transistor IGBT

El IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada) es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 kHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Se usa en aplicaciones de alta y media energía como fuentes conmutadas, control de tracción en motores y cocinas de inducción. Grandes módulos de IGBT consisten en muchos dispositivos colocados en paralelo que pueden manejar altas corrientes, del orden de cientos de amperios, con voltajes de bloqueo de 6000 voltios.

Se puede concebir el IGBT como un transistor Darlington híbrido. Tiene la capacidad de manejo de corriente de un transistor bipolar, pero no requiere la corriente de base para mantenerse en conducción, ya que su puerta (gate) está aislada. Sin embargo, las corrientes transitorias para la conmutación de la compuerta pueden ser igualmente altas. En aplicaciones de electrónica de potencia, se sitúa en un punto intermedio entre los tiristores y los MOSFET: maneja más potencia que los MOSFET, aunque es más lento que estos; por otro lado, es más rápido que los tiristores, pero maneja menos potencia.

Aplicaciones del IGBT

Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habían sido viables hasta su invención, en particular en los variadores de frecuencia, así como en aplicaciones de máquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan en el día a día, sin que seamos particularmente conscientes de ello. Algunos ejemplos son:

• Automóviles (especialmente eléctricos e híbridos)
• Trenes, metros y autobuses
• Aviones y barcos
• Ascensores
• Electrodomésticos (como lavadoras o aires acondicionados)
• Televisores
• Sistemas de domótica
• Sistemas de Alimentación Ininterrumpida o SAI (en inglés, UPS)