Qu’est-ce qu’un FET ?
Un FET (transistor à effet de champ) est un dispositif semi-conducteur qui modifie le courant circulant entre la source et le drain. Il effectue cette modification en appliquant une tension à l’électrode de grille et en contrôlant le flux d’électrons ou de trous à travers le champ électrique du canal.
Comme les transistors bipolaires, les FET ont trois électrodes : la borne correspondant à la base est la grille et la borne correspondant au collecteur est le drain, La borne correspondant à l’émetteur est la source.
Utilisations des FET
Les transistors à effet de champ sont utilisés dans un grand nombre de domaines. Dans les circuits numériques, ils sont utilisés comme éléments dans les circuits logiques. Dans les circuits analogiques, ils sont également souvent utilisés dans les commutateurs analogiques et les circuits électroniques de volume, en plus des amplificateurs généraux.
Les MOSFET sont particulièrement adaptés aux circuits intégrés car, outre leur très faible courant de grille, leur structure est planaire, ce qui rend le processus de fabrication plus simple et leur consommation d’énergie plus faible que celle des transistors bipolaires. Les circuits intégrés numériques à grande échelle, tels que les microcontrôleurs, sont souvent constitués de MOSFET.
Dans le domaine de l’électronique de puissance, comme les alimentations, les FET sont également utilisés comme éléments de commutation de courant en raison de leur faible résistance à l’enclenchement et de leur vitesse de commutation ON/OFF rapide.
Principe des FET
Les principes de fonctionnement des JFET et des MOSFET sont différents. Dans ce qui suit, le type à canal N est décrit à titre d’exemple, mais le type à canal P peut également être traité de la même manière en inversant la polarité de la tension appliquée à chaque électrode.
1. JFET
Dans le type à canal N, où les électrodes de drain et de source du semi-conducteur de type N sont connectées à l’électrode de grille du semi-conducteur de type P. Si une tension inverse VGS (le côté de l’électrode de grille est négatif) est appliquée à la jonction PN entre les électrodes de grille et de source, une couche d’appauvrissement s’étend dans la région de type N. Comme il n’y a pas de porteurs dans la couche d’appauvrissement, il n’y a pas de porteurs dans la jonction PN. Comme il n’y a pas de porteurs dans la couche de déplétion, la largeur du chemin de circulation du courant (canal) dans la région de type N se rétrécit et le courant ID circulant du drain à la source diminue.
Sur la base de ce principe, l’ID peut être contrôlé en modifiant l’ampleur du VGS. Il convient de noter que dans cette utilisation, le courant de grille ne circule pratiquement pas en raison de la tension de méthode inverse entre la grille et la source. Cela signifie que l’impédance d’entrée est importante.
2. MOSFET
MOS est l’abréviation de Metal-Oxide-Semiconductor et présente une structure à trois couches avec un film d’oxyde comme couche isolante sur un semi-conducteur de base et une électrode métallique par-dessus. Comme indiqué dans la section précédente, il existe deux types de MOSFET : à amélioration et à appauvrissement.
Dans un MOSFET à canal N avec deux régions semi-conductrices de type N dans un semi-conducteur de type P, chacune avec son propre drain et sa propre source, avant qu’une tension ne soit appliquée à l’électrode de grille, le drain et la source sont N-P-N, de sorte qu’aucun courant ne circule entre eux. Toutefois, lorsqu’une tension positive est appliquée à la grille, des charges négatives s’accumulent sur la face inférieure de la grille à travers la couche isolante (film d’oxyde) pour former une fine couche de semi-conducteurs de type N, rendant l’interface drain-source N-N-N, c’est-à-dire un semi-conducteur de type N continu, ce qui permet au courant de circuler.
La couche de semi-conducteur de type N formée sous la grille est appelée “canal”. L’épaisseur du canal varie en fonction de la tension VGS appliquée entre la grille et la source, et le courant ID circulant de la source au drain varie en fonction de l’épaisseur du canal. En d’autres termes, ID peut être contrôlé par la valeur de VGS. De plus, comme l’électrode de grille n’est en contact qu’avec la couche isolante, seuls d’infimes courants de fuite peuvent circuler. Cela signifie que l’impédance d’entrée est extrêmement élevée.
Dans le type amélioré, aucun courant ne circule vers le drain lorsque VGS = 0 comme décrit ci-dessus, mais dans le type à déplétion, un mince canal est formé entre le drain et la source à l’avance de sorte que le courant peut circuler vers le drain lorsque VGS = 0. Par conséquent, un FET à déplétion est facile à utiliser comme circuit d’amplification car le courant de drain suit même lorsque le niveau du signal appliqué à l’électrode de grille est très faible.
Types de FET
Les transistors à effet de champ sont classés selon leur structure en transistors à effet de champ à jonction (JFET) et transistors à effet de champ à grille isolée (MOS FET), indiqués par des symboles de circuit différents sur le schéma de circuit. Il existe également des types à canal P, dans lesquels deux régions semi-conductrices de type P sont formées et intégrées dans une base semi-conductrice de type N, et des types à canal N, dans lesquels deux régions semi-conductrices de type N sont formées dans une base semi-conductrice de type P, qui sont utilisés pour différentes applications.
De plus, il existe deux types de MOSFET : le type à amélioration, dans lequel aucun courant ne circule entre la source et le drain à moins qu’une tension ne soit appliquée entre la grille et la source, et le type à déplétion, dans lequel une certaine quantité de courant circule même lorsque la grille et la source sont au même potentiel.