Transistor a effetto di campo: differenze tra le versioni

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In [[elettronica]] il '''transistor a effetto di campo''' (in [[Lingua inglese|inglese]] ''Field-Effect Transistor'', abbreviato '''FET''') è un tipo di [[transistor]] largamente usato nel campo dell'[[elettronica digitale]], diffuso anche nell'[[elettronica analogica]].

Si tratta di un substrato di materiale [[semiconduttore]] [[Drogaggio|drogato]], solitamente in [[silicio]], al quale sono applicati quattro terminali: il ''gate'', il ''source'', il ''drain'' ed il ''bulk''; quest'ultimo, se presente, è generalmente connesso al ''source'' e se non presente è connesso al terminale esterno del ''gate''. Il principio di funzionamento del transistor ad effetto di campo si fonda sulla possibilità di controllare la [[conduttività elettrica]] del dispositivo, e quindi la [[corrente elettrica]] che lo attraversa, mediante la formazione di un [[campo elettrico]] al suo interno. Il processo di conduzione coinvolge solo i [[portatore di carica|portatori di carica]] maggioritari, pertanto questo tipo di transistore è detto ''unipolare''.

La diversificazione dei metodi e dei materiali usati nella realizzazione del dispositivo ha portato alla distinzione di tre principali famiglie di FET: [[JFET]], [[MESFET]] e [[MOSFET]]. Il JFET, abbreviazione di ''Junction FET'', è dotato di una [[giunzione p-n]] come elettrodo rettificante; il MESFET, abbreviazione di ''Metal Semiconductor FET'', una giunzione Schottky raddrizzante metallo-semiconduttore ed il MOSFET, abbreviazione di ''Metal-Oxide-Semiconductor FET'', genera il campo elettrico grazie ad una struttura metallica esterna, separata dalla giunzione da uno strato di dielettrico.

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[[File:MOSFET_schema.png|thumb|Sezione di un MOSFET a canale p]]

Il transistor ad effetto di campo viene realizzato affiancando il terminale di ''gate'' da due regioni di silicio [[drogaggio|drogate]] in maniera opposta al ''bulk'', che costituiscono i terminali di ''drain'' e ''source''. Tali diffusioni costituiscono una [[giunzione p-n]], un contatto tra i blocchi di tipo P e di tipo N ed è priva di [[Portatore di carica|portatori]] liberi. Ai due lati della giunzione vi è una [[differenza di potenziale]] costante, chiamata [[Regione di carica spaziale#Tensione di built-in|tensione di ''built-in'']], che deve mantenere una polarizzazione inversa per il funzionamento del dispositivo.

La regione di substrato compresa tra i due terminali ''drain'' e ''source'' è detta '''regione di canale''', ed è caratterizzata da una ''lunghezza di canale L'' e da una ''larghezza di canale W'', misurate rispettivamente lungo la direzione parallela e perpendicolare rispetto al verso della corrente che percorre il canale. Tale regione fornisce un percorso conduttivo tra i due terminali ed è separata dal ''gate'' da un sottile strato solitamente composto da biossido di silicio.

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==== Regione di accumulazione ====

La regione di accumulazione si verifica quando all'elettrodo di ''gate'' viene imposta una tensione negativa rispetto al ''bulk'', generalmente posto a massa. In questa configurazione le lacune del substrato si accumulano in un piccolo strato in prossimità del terminale di ''gate'': questa è la condizione di accumulazione.

==== Regione di svuotamento ====

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A seconda della tensione applicata tra ''gate'' e ''bulk'' si individuano tre regioni di lavoro del dispositivo:

=== Regione di interdizione ===

La regione di interdizione, anche detta di ''cut-off'', si verifica quando <math>V_{GS} < V_{th}</math>, dove <math>V_{GS}</math> è la tensione tra ''gate'' e ''source'', considerando il terminale di ''source'' cortocircuitato con l'elettrodo del ''bulk''. In questo caso non si verifica la formazione del canale: il transistor è spento e non vi è passaggio di carica tra ''gate e'' e ''source''.

=== Regione lineare ===

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== Simbolo circuitale ==

I simboli circuitali dei FET sono molteplici, tutti caratterizzati dall'avere i tre terminali, ''gate'', ''source'' e ''drain'' {{cn|con un eventuale ''body'' aggiuntivo per indicare il substrato disponibile come piedino in rari transistor MOSFET degli anni 1960}}, identificati da una linea: quella del ''gate'' è perpendicolare alle altre due. La connessione del ''bulk'' è mostrata da una freccia che punta da P a N, cioè nel caso di un FET a canale ''p'', punta dal ''bulk'' al canale. Il contrario accade per il FET a canale ''n''. Nel caso il terminale di ''bulk'' non sia mostrato, per il [[MOSFET]] si usa il simbolo invertente (un pallino in prossimità del ''gate'') per identificare i pMOS; in alternativa una freccia sul ''source'' indica l'output per il nMOS o l'input per il pMOS.

Di seguito il confronto tra i vari simboli di MOSFET e [[JFET]]:

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* '''[[NOMFET]]''', acronimo di ''Nanoparticle Organic Memory FET''.

* '''[[OFET]]''', acronimo di ''Organic FET'', usa un semiconduttore organico.

* '''BIOFET''', i cambiamenti del potenziale di ''gate'' sono indotti da un materiale sensibile e dall'interazione con le biomolecole cui fa riferimento il biosensore. Quando la biomolecola si lega al materiale sensibile si verifica un cambiamento della distribuzione di carica elettrica che risulta rilevabile tipicamente con un cambiamento di conduttanza del canale. Un esempio di applicazione sono i COVID-FET<ref>{{Cita web|url=https://biomedicalcue.it/biosensori-rilevare-virus-sars-cov2-covid-19-fet/32023/|titolo=Biosensori per rivelare il virus SARS-CoV2 con transistor FET|autore=Alessandro Mastrofini|sito=Biomed CuE {{!}} Close-up Engineering|data=2021-07-21|lingua=it-IT|accesso=2021-08-28}}</ref>, biotransistor FET per rilevare la presenza di SARS-Cov2 sfruttando il legame con le proteine Spike.

== Note ==

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== Bibliografia ==

*{{cita libro|Paolo| Spirito| Elettronica digitale| 2006 | McGraw-Hill Libri Italia sr.| Milano |isbn=978-88-386-6323-9|cid=Spirito}}

*{{RivistaVG|e2000|7|72-76|11|1979|Field Effect Transistor}}

== Voci correlate ==