Transistor de Efecto de Campo de Juntura - JFET

Es el primer miembro de la familia FET y si bien no es el más importante en este momento, vale la pena destacar su principio de funcionamiento no sólo por una cuestión didáctica sino por sus propiedades que se siguen aprovechando en diversas aplicaciones.

Características constructivas

El JFET de crecimiento epitaxial se fabrica partiendo de un sustrato p muy contaminado. Sobre el mismo se deposita una capa delgada (epitaxial= epi: superficie) de material n, con lo cual se forma una juntura p⁺n entre sustrato (p⁺) y la zona que va a ser el canal (n). La z.c.e. de esa juntura penetra casi exclusivamente en la zona n ya que ésta tiene menor contaminación. Luego se aplican dos difusiones de material tipo n⁺ para los contactos de fuente y drenaje. Finalmente por difusión planar se deposita una zona p⁺ para el contacto de compuerta y esto determina la aparición de otra juntura p⁺n ahora entre compuerta (p⁺) y la zona que va a ser el canal (n). También en esta juntura la zona n soporta la mayor parte de la z.c.e. de esa juntura.
De esta forma aparece un canal n entre fuente y drenaje rodado por ambos lados de una z.c.e. de la juntura compuerta-canal y de la juntura sustrato-canal.

Análisis cualitativo de funcionamiento

Efecto de una polarización negativa a la compuerta

Mantenemos el sustrato conectado a la fuente. Al aplicar una V_G negativa a la compuerta se polariza en inversa la juntura compuerta canal y el ancho el canal disminuye al aumentar la z.c.e. de dicha juntura (con lo cual se reduce la conductancia del canal). Si la V_G se hace mas negativa, este efecto de aumento de la z.c.e. de la juntura compuerta-canal se agudiza pudiéndose incluso en el extremo cerrase el canal completamente.

Efecto de una polarización positiva al drenaje

Al aplicar una V_D positiva empieza a circular corriente entre fuente y drenaje, la I_D inicialmente crece en forma lineal con V_D . Pero al mismo tiempo la tensión V_D positiva provoca una polarización inversa de las junturas compuerta-canal y sustrato-canal cuyas z.c.e. se empiezan a engrosar especialmente el la parte cercana al drenaje que es donde cae la mayor parte de V_D . Es decir el canal se empieza a angostar en las cercanías del drenaje.
Mientras, la I_D sigue creciendo pero con una pendiente menor ya que el canal se esta angostando en las cercanías del drenaje.
Llegará un momento para una cierta V_D positiva donde los frentes de ambas z.c.e. se tocan y allí se dice que el canal está estrangulado. Ahora la corriente que viene por el canal, para llegar al drenaje tiene que atravesar la z.c.e. de las junturas conectadas.
Recordemos que en esa z.c.e. hay campo eléctrico de los iones fijos, y es ese campo el que se encarga de “impulsar” a los portadores para que sigan viaje al drenaje.
A partir del momento en que se estranguló el canal, por mas que V_D siga aumentando, ese campo eléctrico seguirá aumentando pero la I_D no sigue creciendo, ya que depende de la cantidad de electrones que provee el canal y no de la intensidad del campo.
Entonces I_D se satura en ese valor y no crece más, como lo muestra la siguiente figura:

Efecto combinado de una polarización positiva al drenaje y negativa a la compuerta

Si se aplican simultáneamente una V_D positiva y una V_G negativa, el canal se estrangula mas abajo y la I_D disminuye y se satura mas abajo como muestra la familia de curvas de salida I_D-V_D(ver análisis cuantitativo)

Análisis cuantitativo de funcionamiento

Un dato característico de estos dispositivos es la V_p tensión de pinch off (estrangulamiento) y es la d.d.p. entre V_D a la altura y (V_Y) y V_G.

Acá la expresión analítica de I_D se puede escribir:

donde

conductancia máxima del canal (a: ancho del canal, b: espesor del canal, L : longitud del canal)

Y las curvas analíticas son como muestran la siguiente figura: