FET TRANSISTOR

Tipe
komponen semikonduktor
Kategori
transistor
Penemu
Julius Edgar Lilienfeld (1925),
Oskar Heil (1934)
Komponen sejenis
BJT
Kemasan
3 pin, gerbang, sumber, cerat
Kotak ini: lihat • bicara
Transistor efek–medan (FET)
adalah salah satu jenis
transistor menggunakan medan
listrik untuk mengendalikan
konduktifitas suatu kanal dari
jenis pembawa muatan tunggal
dalam bahan semikonduktor.
FET kadang-kadang disebut
sebagai transistor ekakutub
untuk membedakan operasi
pembawa muatan tunggal yang
dilakukannya dengan operasi
dua pembawa muatan pada
transistor dwikutub (BJT).
Sejarah
Transistor efek–medan
diciptakan oleh Julius Edgar
Lilienfeld pada tahun 1925 dan
oleh Oskar Heil pada tahun
1934, tetapi peranti praktis
tidak dibuat secara masal hingga
tahun 1990-an.
Saluran
Semua FET mempunyai sebuah
saluran gerbang (gate), cerat
(drain) dan sumber (source)
yang kira-kira sama dengan
basis, kolektor dan emitor pada
BJT. Selain JFET, semua FET
juga mempunyai saluran
keempat yang dinamakan
badan, dasar atau substrat.
Saluran keempat ini melayani
kegunaan teknis dalam
pemanjaran transistor kedalam
titik operasi. Terminal ini sangat
jarang digunakan pada desain
sirkuit, tetapi keberadaannya
penting saat merancang
penataan sirkuit terpadu.
Irisan MOSFET tipe-n
Nama-nama saluran pada FET
mengacu pada fungsinya.
Saluran gerbang dapat dianggap
sebagai pengontrol buka-tutup
dari gerbang sesungguhnya.
Gerbang ini mengizinkan
elektron untuk mengalir atau
mencegahnya dengan
membuat dan mengikangkan
sebuah kanal diantara sumber
dan cerat. Elektron mengalir
dari sumber menuju ke saluran
cerat jika ada tegangan yang
diberikan. Badan merupakan
seluruh semikonduktor dasar
dimana gerbang, sumber dan
cerat diletakkan. Biasanya
saluran badan disambungkan ke
tegangan tertinggi atau
terendah pada sirkuit,
tergantung pada tipenya.
Saluran badan dan saluran
sumber biasanya disambungkan
karena sumber biasanya
disambungkan ke tegangan
tertinggi atau terendah dari
sirkuit, tetapi ada beberapa
penggunaan dari FET yang tidak
seperti demikian, seperti sirkuit
gerbang transmisi dan kaskoda.
Komposisi
FET dapat dibuat dari beberapa
semikonduktor, silikon menjadi
yang paling umum. FET pada
umumnya dibuat dengan proses
pembuatan semikonduktor
borongan, menggunakan lapik
semikonduktor kristal tunggal
sebagai daerah aktif, atau kanal.
Diantara bahan badan yang tidak
lazim adalah amorphous silicon,
polycrystalline silicon dan OFET
yang dibuat dari semikonduktor
organik dan sering
menggunakan isolator gerbang
dan elektroda organik.
Cara kerja FET
FET mengendalikan aliran
elektron (atau lubang elektron
pada FET kanal-p) dari sumber
ke cerat dengan mengubah
besar dan bentuk dari sebuah
kanal konduktif yang dibentuk
oleh adanya tegangan (atau
kurangnya tegangan pada FET
kanal-p) yang dikenakan
menyeberangi saluran gerbang
dan sumber (untuk
mempermudah penjabaran,
diasumsikan bahwa badan dan
sumber disambungkan). Kanal
konduktif ini adalah jalur dimana
elektron (atau lubang) mengalir
dari sumber ke cerat. Dengan
menganggap sebuah peranti
kanal-n moda pemiskinan.
Sebuah tegangan negatif
gerbang-ke-sumber
menyebabkan daerah
pemiskinan untuk bertambah
lebar dan menghalangi kanal
dari kedua sisi, mempersempit
kanal konduktif. Jika daerah
pemiskinan menutup kanal
sepenuhnya, resistansi kanal
dari sumber ke cerat menjadi
besar, dan FET dimatikan seperti
sakelar yang terbuka.
Sebaliknya, sebuah tegangan
positif gerbang-ke-sumber
menambah lebar kanal dan
memungkinkan elektron
mengalir dengan mudah.
Sekarang menganggap sebuah
peranti kanal-n moda
pengayaan . Sebuah tegangan
positif gerbang-ke-sumber
dibutuhkan untuk membuat
kanal konduktif karena ini tidak
terdapat secara alami didalam
transistor. Tegangan positif
menarik elektron bebas pada
badan menuju ke gerbang,
membuat sebuah kanal
konduktif. Tetapi elektron yang
cukup harus ditarik dekat ke
gerbang untuk melawan ion
doping yang ditambahkan ke
badan FET, ini membentuk
sebuah daerah yang bebas dari
pembawa bergerak yang
dinamakan daerah pemiskinan,
dan fenomena ini disebut
sebagai tegangan tahan dari
FET. Peningkatan tegangan
gerbang-ke-sumber yang lebih
lanjut akan menarik lebih
banyak lagi elektron menuju ke
garbang yang
memungkinkannya untuk
membuat sebuah kanal
konduktif dari sumber ke cerat,
proses ini disebut pembalikan.
Baik pada peranti moda
pengayaan ataupun pemiskinan,
jika tegangan cerat-ke-sumber
jauh lebih rendah dari tegangan
gerbang-ke-sumber, merubah
tegangan gerbang akan
mengubah resistansi kanal, dan
arus cerat akan sebanding
dengan tegangan cerat
terhadap sumber. Pada moda ini,
FET berlaku seperti sebuah
resistor variabel dan FET
dikatakan beroperasi pada moda
linier atau moda ohmik[1][2] Jika
tegangan cerat-ke-sumber
meningkat, ini membuat
perubahan bentuk kanal yang
signifikan dan taksimetrik
dikarenakan gradien tegangan
dari sumber ke cerat. Bentuk
dari daerah pembalikan menjadi
kurus dekat ujung cerat dari
kanal. Jika tegangan cerat-ke-
sumber ditingkatkan lebih
lanjut, titik kurus dari kanal
mulai bergerak dari cerat
menuju ke sumber. Pada
keadaan ini, FET dikatakan
dalam moda penjenuhan,[3]
beberapa orang menyebutnya
sebagai moda aktif, untuk
menganalogikan dengan daerah
operasi transistor dwikutub.[4]
[5] Moda penjenuhan, atau
daerah antara linier dan
penjenuhan digunakan jika
diinginkan adanya penguatan.
Daerah antara tersebut
seringkali dianggap sebagai
bagian dari daerah linier, bahkan
walaupun arus cerat tidak linier
dengan tegangan cerat. Bahkan
jika kanal konduktif yang
dibentuk oleh tegangan
gerbang-ke-sumber tidak lagi
menghubungkan sumber ke
cerat saat moda penjenuhan,
Pembawa muatan tidak
dihalangi untuk mengalir.
Dengan menganggap peranti
kanal-n, sebuah daerah
pemiskinan terdapat pada badan
tipe-p, mengelilingi kanal
konduktif, daerah cerat dan
daerah sumber. Elektron yang
mencakupi kanal bebas untuk
bergerak keluar dari kanal
melalui daerah pemiskinan jika
ditarik ke cerat oleh tegangan
cerat-ke-sumber. Daerah
pemiskinan ini bebas dari
pembawa dan memiliki
resistansi seperti silikon.
Penambahan apapun pada
tegangan cerat-ke-sumber akan
menambah jarak dari cerat ke
titik kurus, menambah resistansi
dikarenakan daerah pemiskinan
sebanding dengan tegangan
tegangan cerat-ke-sumber.
Perubahan yang sebanding ini
menyebabkan arus cerat-ke-
sumber untuk tetap relatif
tetap tak terpengaruh oleh
perubahan tegangan cerat-ke-
sumber dan benar-benar
berbeda dari operasi moda linier.
Dengan demikian, pada moda
penjenuhan, FET lebih berlaku
seperti sebuah sumber arus
konstan daripada sebagai
sebuah resistor variabel dan
dapat digunakan secara efektif
sebagai penguat tegangan. Pada
situasi ini, tegangan gerbang-ke-
sumber menentukan besarnya
arus konstan yang melewati
kanal.
Jenis-jenis transistor efek
medan
Kanal pada FET telah didoping
untuk membuat baik
semikonduktor tipe-n maupun
semikonduktor tipe-p. Pada FET
moda pengayaan, cerat dan
sumber dibuat berbeda tipe
dengan kanal, sedangkan pada
FET moda pemiskinan dibuat
setipe dengan kanal. FET juga
dibeda-bedakan berdasarkan
metoda pengisolasian diantara
gerbang dan kanal. Jenis-jenis
dari FET adalah:
MOSFET (Metal–Oxide–
Semiconductor FET, FET
Semikonduktor–Oksida–
Logam) menggunakan
isolator (biasanya SiO2)
diantara gerbang dan badan.
JFET (Junction FET, FET
Pertemuan) menggunakan
pertemuan p-n yang dipanjar
terbalik untuk memisahkan
gerbang dari badan.
MESFET (Metal–
Semiconductor FET, FET
Semikonduktor –Logam)
menggantikan pertemuan p-
n pada JFET dengan
penghalang Schottky,
digunakan pada GaAs dan
bahan semikonduktor
lainnya.
HEMT (High Electron Mobility
Transistor, Transistor
Pergerakan Elektron Tinggi),
juga disebut HFET
(heterostructure FET, FET
Struktur Campur). Material
celah-jalur-lebar yang
dikurangi penuh membentuk
isolasi antara gerbang dan
badan.
IGBT (Insulated-Gate Bipolar
Transistor, Transistor
Dwikutub Gerbang-Terisolasi)
adalah peranti untuk
pengendali daya tinggi. Ini
mempunyai struktur mirip
sebuah MOSFET yang
digandengkan dengan kanal
konduksi utama yang mirip
transistor dwikutub. Ini
sering digunakan pada
tegangan operasi cerat-ke-
sumber antara 200-3000 V.
MOSFET daya masih
merupakan peranti pilihan
utama untuk tegangan cerat-
ke-sumber antara 1-200 V.
FREDFET (Fast Reverse/
Recovery Epitaxial Diode FET,
FET Dioda Epitaksial Cepat
Balik/Pulih) adalah sebuah
FET yang didesain khusus
untuk memberikan
kecepatan pemulihan
(pematian) yang sangat
cepat dari dioda badan.
ISFET (Ion-Sensitive FET,
FET Sensitif-Ion) digunakan
untuk mengukur konsentrasi
ion pada larutan, ketika
konsentrasi ion (seperti pH)
berubah, arus yang mengalir
melalui transistor juga
berubah.
DNAFET adalah FET khusus
yang berfungsi sebagai
sebuah biosensor, dengan
menggunakan gerbang yang
dibuat dari molekul salah
satu helai DNA untuk
mendeteksi helaian DNA
yang cocok.
Penggunaan
FET yang paling sering
digunakan adalah MOSFET.
Teknologi proses CMOS
(complementary-symmetry
metal oxide semiconductor)
adalah dasar dari sirkuit terpadu
digital modern. Lapisan isolasi
tipis antara gerbang dan kanal
membuat FET rawan terhadap
kerusakan akibat pengosongan
elektrostatik selama
penanganan. Biasanya ini
bukanlah sebuah masalah
setelah peranti terpasang. Pada
FET, elektron dapat mengalir
pada kedua arah melalui kanal
ketika dioperasikan pada moda
linier, dan konvensi penamaan
antara saluran sumber dan
saluran cerat agak merupakan
keputusan sendiri, karena
peranti FET biasanya (tetapi
tidak selalu) dibuat simetris dari
sumber ke cerat. Ini membuat
FET cocok untuk mensakelarkan
isyarat analog diantara kedua
arah (pemultipleks).