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“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN” FACULTAD DE INGENIERIA SISTEMAS E INFORMATICA TEMA:

TRANSISTORES Tipos de transistores, usos y aplicaciones en circuitos. Lugares de venta. Venta por internet. Fichas técnicas o de información (worksheet ) proporcionadas por diferentes marcas. Consigue diferentes transistores en talleres de electrónica y describe sus características, sus aplicaciones, limitaciones, dimensiones, etc.

CURSO: FISICA ELECTRONICA TUTOR: CARMONA ESPINOZA JORGE ALUMNA: 

ANGELICA CONTRERAS SANCHÉZ Huancavelica – Perú 2015

1

DEDICATORIA: 

A mis familiares por su apoyo incondicional que me brindan en todo momento y en especial a Dios por que el ilumina mi camino.

2

AGRADECIMIENTOS

Primero y antes que nada, dar gracias a Dios, por estar con migo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente

y por haber puesto en mi camino

a

aquellas personas que han sido mi ideal soporte y compañía durante el periodo de estudio que estamos atravesando. Agradecer hoy y siempre a mi familia por el esfuerzo realizado por ellos. El apoyo en mis estudios, de ser así no hubiese sido posible. A mi Madre y demás familiares ya que me brindan el apoyo, la alegría y me dan la fortaleza necesaria para seguir adelante. Un agradecimiento especial al Profesor, por la colaboración.

INDICE

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CARATULA

“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN”..................................................................................................................1 DEDICATORIA:.....................................................................................................................2 AGRADECIMIENTOS..........................................................................................................3 INDICE...................................................................................................................................4 PRESENTACIÒN.................................................................................................................6 INTRODUCCIÓN..................................................................................................................7 HISTORIA DEL TRANSISTOR...........................................................................................8 Tipos de transistores. Simbología...................................................................................10 Tipos de transistor:................................................................................................................11 Transistores y electrónica de potencia...........................................................................13 El transistor frente a la válvula termoiónica...................................................................13 Transistor bipolar................................................................................................................14 De esta manera quedan formadas tres regiones:.........................................................15 Las razones de la supervivencia de las válvulas termoiónicas son varias:..............16 Funcionamiento.....................................................................................................................16 Control de tensión, carga y corriente....................................................................................17 Transistor Bipolar de Heterounión........................................................................................18 Regiones operativas del transistor.........................................................................................18 

Región activa:............................................................................................................18



Región inversa:..........................................................................................................19



Región de corte :........................................................................................................19



Región de saturación:.................................................................................................19 4

Transistor de efecto campo...................................................................................................20 Historia..................................................................................................................................21 Tipo de transistores de efecto campo....................................................................................21 Características.......................................................................................................................22 Precauciones:........................................................................................................................22 Fototransistor........................................................................................................................23 Aplicaciones de los fototransistores......................................................................................24 Resumen de la Teoría del Transistor.....................................................................................25 IE = IC + IB..........................................................................................................................26 LUGARES DE VENTA. VENTA POR INTERNET...........................................................26 Información Técnica y Comercial de los Transistores..........................................................32 Generalidades de los Transistores..................................................................................32 Fichas técnicas o de información (worksheet ) proporcionadas por diferentes marcas.......33 ,..............................................................................................................................................47 CONCLUSIONES...............................................................................................................48 BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................49 ANEXOS..............................................................................................................................50 Informática...........................................................................................................................54 Los nuevos transistores para los chips de 22 nanómetros combinan ahorro energético y mayores prestaciones como nunca hasta ahora...........................57

PRESENTACIÒN

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Sería imposible entender la evolución de la electrónica digital en general, y de la informática en particular sin una buena comprensión de lo que es, y lo que ha aportado el transistor a estas ciencias. El transistor vino a reemplazar a un dispositivo denominado tubo de vacío (los tubos de vacío aún se emplean en electrónica de potencia. El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistor de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, entre otros. Como podemos ver el simple hecho de pasar del tubo de vacío al transistor supone un gran paso en cuanto a reducción de tamaño y consumo y aumento de fiabilidad. Es necesario destacar que el desarrollo del transistor se apoya en múltiples disciplinas científicas que abarcan la química, la física y la ingeniería de materiales entre otras.

La Alumna

INTRODUCCIÓN 6

En este apartado trataremos el tema sobre un dispositivo, el cual ha revolucionado la vida de todos nosotros= el transistor, que es sin duda uno de los mejores inventos del hombre diseñado para operar en circuitos electrónicos como amplificador, oscilador o conmutador. El término Transistor es un acrónimo de transfer y resistor (resistencia de transferencia) y se compone de tres terminales: colector, base y emisor. En estos temas estudiaremos las principales características básicas del transistor bipolar y FET, así como sus aspectos físicos, sus estructuras básicas y las simbologías utilizadas para cada uno de ellos. Se abarcará igual el tema de la polarización, el encapsulado y la prueba de los transistores con multímetros tanto digital como análoga que son indispensables en estos dispositivos mencionados anteriormente.

HISTORIA DEL TRANSISTOR 7

El transistor fue inventado en los Laboratorios Bell de Estados Unidos en diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956. Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos, o triodo. El transistor de efecto campo fue patentado antes que el transistor BJT (en 1930), pero no se disponía de la tecnología necesaria para fabricarlos masivamente. Es por ello que al principio se usaron transistores bipolares y luego los denominados transistores de efecto de campo (FET). En los últimos, la corriente entre el surtidor o fuente (source) y el drenaje (drain) se controla mediante el campo eléctrico establecido en el canal. Por último, apareció el MOSFET (transistor FET de tipo Metal-Óxido-Semiconductor). Los MOSFET permitieron un diseño extremadamente compacto, necesario para los circuitos altamente integrados (CI). Hoy la mayoría de los circuitos se construyen con tecnología CMOS. La tecnología CMOS (Complementary MOS ó MOS Complementario) es un diseño con dos diferentes MOSFET (MOSFET de canal n y p), que se complementan mutuamente y consumen muy poca corriente en un funcionamiento sin carga. El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente

(contaminadas

con

materiales

específicos

en

cantidades

específicas) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo, a diferencia de los resistores, condensadores e inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica.

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De manera simplificada, la corriente que circula por el colector es función amplificada de la que se inyecta en el emisor, pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la base para que circule la carga por el colector, según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación o ganancia logrado entre corriente de colector y corriente de base, se denomina Beta del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas(configuraciones) básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común. Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET, CMOS, VMOS, etc.) no utilizan la corriente que se inyecta en el terminal de base para modular la corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el terminal de puerta o reja de control (graduador) y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenaje. Cuando la conductancia es nula y el canal se encuentra estrangulado, por efecto de la tensión aplicada entre Compuerta y Fuente, es el campo eléctrico presente en el canal el responsable de impulsar los electrones desde la fuente al drenaje. De este modo, la corriente de salida en la carga conectada al Drenaje (D) será función amplificada de la Tensión presente entre la Compuerta (Gate) y Fuente (Source). Su funcionamiento es análogo al del triodo, con la salvedad que en el triodo los equivalentes a Compuerta, Drenador y Fuente son Reja (o Grilla Control), Placa y Cátodo. Los transistores de efecto de campo son los que han permitido la integración a gran escala disponible hoy en día; para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios cientos de miles de transistores interconectados, por centímetro cuadrado y en varias capas superpuestas. 9

Tipos de transistores. Simbología

Existen varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las apliaciones a las que se destinan. Aquí abajo mostramos una tabla con los tipos de uso más frecuente y su simbología:

Tipos de transistor: 

Transistor de punta de contacto. Primer transistor que obtuvo ganancia, inventado en 1947 por J. Bardeen y W. Brattain. Consta de una base de germanio sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de emisor es capaz de modular la resistencia que se "ve" en el colector, de ahí el nombre de "transfer resistor". Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión (W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido.

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 Transistor de unión bipolar, BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de Galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP



La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P). La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas (por lo general, el emisor esta mucho mas contaminado que el colector). El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitelial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.



Fototransistor, sensible a la radiación electromagnética, en frecuencias cercanas a la de la luz.



Transistor de unión unipolar.

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

Transistor de efecto de campo, FET, que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada. O Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN.



Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la



compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico. Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa MetalÓxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa de óxido

Transistores y electrónica de potencia Con el desarrollo tecnológico y evolución de la electrónica, la capacidad de los dispositivos semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensión y corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia.

El transistor frente a la válvula termoiónica Antes de la aparición del transistor los ingenieros utilizaban elementos activos llamados válvulas termoiónicas. Las válvulas tienen características eléctricas similares a la de los transistores de efecto de campo (FET): la corriente que los atraviesa depende de la tensión en el borne de comando, llamado rejilla. Las razones por las que el transistor reemplazó a la válvula termoiónica son varias: 

Las válvulas termoiónicas necesitan tensiones muy altas, del orden de las



centenas de voltios, tensiones que son letales para el ser humano. Las válvulas consumen mucha energía, lo que las vuelve particularmente



poco útiles para el uso con baterías. Probablemente, uno de los problemas más importantes es el peso. El chasis necesario para alojar las válvulas, los transformadores requeridos para suministrar la alta tensión, todo ello sumaba un peso importante, que iba desde algunos kilos a algunas decenas de kilos.

12



El tiempo medio entre fallas de las válvulas termoiónicas es muy corto



comparado al del transistor, sobre todo a causa del calor generado. Además las válvulas termoiónicas tardan mucho para poder ser utilizadas. Las vávulas necesitan estar calientes para funcionar. Como ejemplo de todos estos inconvenientes se puede citar a la primera computadora digital, llamada ENIAC. Era un equipo que pesaba más de treinta toneladas y consumía 200 kilovatios, suficientes para alimentar una pequeña ciudad. Tenía alrededor de 18.000 válvulas, de las cuales algunas se quemaban cada día, necesitando una logística y una organización importantes.

Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:  

Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación) Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de



radiofrecuencia) Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de

 

impulsos PWM) Detección de radiación luminosa (fototransistores) Se usan generalmente en electrónica analógica y en la electrónica digital



como la Tecnología TTL o BICMOS. Son empleados en conversores estáticos de potencia, controles para motores y llaves de alta potencia (principalmente inversores), aunque su principal uso está basado en la amplificación de corriente dentro de un circuito cerrado.

Transistor bipolar

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El transistor de unión bipolar (del inglés Bipolar Junction Transistor , o sus siglas BJT fue inventado en 1947) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. El transistor bipolar está formado por una unión PN y por otra NP, característica que hace que un semiconductor de determinado tipo se encuentre entre dos de tipo opuesto al primero, como se muestra en la figura 1. Lo que se obtiene con esta configuración es una sección que proporciona cargas(de huecos o de electrones) que son captadas por otra sección a través de la sección media. El electrodo que proporciona las cargas es el emisor y el que las recoge es el colector. La base es la parte de en medio y forma las dos uniones, una con el colector y otra con el emisor. Además, la base controla la corriente en el colector. Este tipo de transistores recibe el nombre de transistores de unión.

De esta manera quedan formadas tres regiones: • Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, Comportándose como un metal. • Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector. • Colector, de extensión mucho mayor.

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Cuando el transistor bipolar, fue considerado una revolución. Pequeño, rápido, fiable, poco costoso, sobrio en sus necesidades de energía, reemplazó progresivamente a la válvula termoiónica durante la década de 1950, pero no del todo. En efecto, durante los años 60, algunos fabricantes siguieron utilizando válvulas termoiónicas en equipos de radio de gama alta, como Collins y Drake; luego el transistor desplazó a la válvula de los transmisores pero no del todo de los amplificadores de radiofrecuencia. Otros fabricantes, de equipo de audio esta vez, como Fender, siguieron utilizando válvulas termoiónicas en amplificadores de audio para guitarras. Las razones de la supervivencia de las válvulas termoiónicas son varias: 

El transistor no tiene las características de linealidad a alta potencia de la válvula Termoiónica, por lo que no pudo reemplazarla en los amplificadores



de

transmisión

de

radio

profesionales

y

de

radioaficionados. Los armónicos introducidos por la no-linealidad de las válvulas resultan agradables al oído humano (véase psicoacústica), por lo que son



preferidos por los audiófilos El transistor es muy sensible a los efectos electromagnéticos de las explosiones nucleares, por lo que se siguieron utilizando válvulas termoiónicas en algunos sistemas de control-comando de cazas de fabricación soviética.

La técnica de fabricación más común es la deposición epitaxial. En su funcionamiento normal, la unión base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, que por ser muy angosta, hay poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor posee tres estados de operación: estado de corte, estado de saturación y estado de actividad.

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Funcionamiento En una configuración normal, la unión emisor-base se polariza en directa y la unión base- colector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector. Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida. En una operación típica, la juntura base-emisor está polarizada en directa y la juntura base-colector está polarizada en inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la juntura base-emisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base. Estos electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta concentración cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base está dopada con material P, los cuales generan "hoyos" como portadores mayoritarios en la base. La región de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para que los portadores puedan difundirse a través de esta en mucho menos tiempo que la vida útil del portador minoritario del semiconductor, para minimizar el porcentaje de portadores que se recombinan antes de alcanzar la juntura base colector. El espesor de la base debe ser menor al ancho de difusión de los electrones.

Control de tensión, carga y corriente La corriente colector-emisor puede ser vista como controlada por la corriente base-emisor (control de corriente), o por la tensión base-emisor (control de voltaje). Esto es debido a la relación tensión-corriente de la juntura base-emisor, la 16

cual es la curva tensión corriente exponencial usual de una juntura PN (es decir, un diodo). En el diseño de circuitos analógicos, el control de corriente es utilizado debido a que es aproximadamente lineal. Esto significa que la corriente de colector es aproximadamente ȕ veces la corriente de la base. Algunos circuitos pueden ser diseñados asumiendo que la tensión base-emisor es aproximadamente constante, y que la corriente de colector es ȕ veces la corriente de la base. No obstante, para diseñar circuitos utilizando TBJ con precisión y confiabilidad, se requiere el uso de modelos matemáticos del transistor como el modelo Ebers-Moll

Transistor Bipolar de Heterounión El transistor bipolar de heterounión (TBH) es una mejora del TBJ que puede manejar señales de muy altas frecuencias, de hasta varios cientos de GHz. Es un dispositivo muy común hoy en día en circuitos ultrarrápidos, generalmente en sistemas de radiofrecuencia. Los transistores de heterojuntura tienen diferentes semiconductores para los elementos del transistor. Usualmente el emisor está compuesto por una banda de material más larga que la base. Esto ayuda a reducir la inyección de portadores minoritarios desde la base cuando la juntura emisorbase está polarizada en directa y esto aumenta la eficiencia de la inyección del emisor. La inyección de portadores mejorada en la base permite que esta pueda tener un mayor nivel de dopaje, lo que resulta en una menor resistencia. Con un transistor de juntura bipolar convencional, también conocido como transistor bipolar de homojuntura, la eficiencia de la inyección de portadores desde el emisor hacia la base está principalmente determinada por el nivel de dopaje entre el emisor y la base. Debido a que la base debe estar ligeramente dopada para permitir una alta eficiencia de inyección de portadores, su resistencia es relativamente alta.

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Regiones operativas del transistor Los transistores bipolares de juntura tienen diferentes regiones operativas, definidas principalmente por la forma en que son polarizados:



Región activa:

Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa. En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de ȕ (ganancia de corriente, es un dato del fabricante) y de las resistencias que se encuentren conectadas en el colector y emisor. Esta región es la más importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador de señal.



Región inversa:

Al invertir las condiciones de polaridad del funcionamiento en modo activo, el transistor bipolar entra en funcionamiento en modo inverso. En este modo, las regiones del colector y emisor intercambian roles. Debido a que la mayoría de los TBJ son diseñados para maximizar la ganancia de corriente en modo activo, el parámetro beta en modo inverso es drásticamente menor al presente en modo activo. 

Región de corte :

Un transistor esta en corte cuando corriente de colector = corriente de emisor = 0,( Ic = Ie = 0) En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito. (como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)

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

Región de saturación:

Un transistor está saturado cuando: corrientedecolector = corrientedeemisor = corrientemaxima ,( Ic = Ie = Imaxima ) En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, ver ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector ȕ veces más grande. (recordar que Ic = ȕ * Ib)

Transistor de efecto campo El transistor de efecto campo ield-Effect Transistor o FET , en inglés) es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET, como todos los transistores, pueden plantearse como resistencias controladas por voltaje. La mayoría de los FET están hechos usando las técnicas de procesado de semiconductores habituales, empleando la oblea monocristalina semiconductora como la región activa o canal. La región activa de los TFTs ( thin-film transistores , o transistores de película fina), por otra parte, es una película que se deposita sobre un sustrato (usualmente vidrio, puesto que la principal aplicación de los TFTs es como pantallas de cristal líquido o LCDs). Los

transistores de efecto de campo

o

conocidos

FET más

son

JFET

(Junction

Field

MOSFET

(Metal-Oxide-Semiconductor

FET)

y

Effect

los

MISFET Semiconductor

tres

Transistor), (Metal-InsulatorFET).

Tienen

terminales, denominadas puerta 19

( gate ), drenador ( drain ) y fuente ( source ). La puerta es el terminal equivalente a la base del BJT. El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente. El funcionamiento del transistor de efecto de campo es distinto al del BJT. En los MOSFET, la puerta no absorbe corriente en absoluto, frente a los BJT, donde la corriente que atraviesa la base, pese a ser pequeña en comparación con la que circula por las otras terminales, no siempre puede ser despreciada. Los MOSFET, además, presentan un comportamiento capacitivo muy acusado que hay que tener en cuenta para el análisis y diseño de circuitos. Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son también de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicación de una tensión positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducción o no conducción, respectivamente. Los transistores de efecto de campo MOS son usados extensísimamente en electrónica digital, y son el componente fundamental de los circuitos integrados o chips digitales.

Historia

Desde 1953 se propuso su fabricación por Van Nostrand (5 años después de los BJT). Aunque su fabricación no fue posible hasta mediados de los años 60's.

Tipo de transistores de efecto campo El canal de un FET es dopado para producir tanto un semiconductor tipo N o uno tipo P. El drenador y la fuente deben estar dopados de manera contraria al canal en el caso de FETs de modo mejorado, o dopados de manera similar al canal en el caso de FETs en modo agotamiento. Los transistores de efecto de campo también son distinguidos por el método de aislamiento entre el canal y la puerta. Los tipos

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de FETs son: Podemos clasificar los transistores de efecto campo según el método de aislamiento entre el canal y la puerta: 

El MOSFET ( Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ) usa un

 

aislante (normalmente SiO 2 ). El JFET ( Junction Field-Effect Transistor ) usa una unión p-n El MESFET ( Metal-Semiconductor Field Effect Transistor ) substituye la unión PN del JFET con una barrera Schottky.



En el HEMT ( High Electron Mobility Transistor ), también denominado HFET ( heterostructure FET), la banda de material dopada con "huecos"

 

forma el aislante entre la puerta el cuerpo del transistor. Los MODFET ( Modulation-Doped Field Effect Transistor ) Los IGBT ( Insulated-gate bipolar transistor ) es un dispositivo para control de potencia. Son comunmente usados cuando el rango de voltaje drenajefuente está entre los 200 a 3000V. Aún así los Power MOSFET todavía son los dispositivos más utilizados en el rango de tensiones drenaje-fuente de 1



a 200V. Los FREDFET es un FET especializado diseñado para otorgar una



recuperación ultra rápida del transistor. Los DNAFET es un tipo especializado de FET que actúa como biosensor, usando una puerta fabricada de moléculas de ADN de una cadena para



detectar cadenas de ADN iguales La característica de los TFT que los distingue, es que hacen uso del silicio amorfo o del silicio policristalino.

Características • Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta (casi 100M). • No tiene un voltaje de unión cuando se utiliza Conmutador (Interruptor). • Hasta cierto punto inmune a la radiación. • Es menos ruidoso. • Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad térmica 21

Precauciones: Con los transistores FET hay que tener cuidados especiales, pues algunas referencias se dañan con solo tocar sus terminales desconentadas (Estática). Por tal motivo, cuando nuevos traen sus patas en corto-circuito mediante una espuma conductora eléctrica o con algo metálico, esto no se debe quitar hasta que estén soldados en la tableta de circuito impreso, hecho esto ya no hay problema.

Fototransistor

Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor. Los fototransistores no son muy diferentes de un transistor normal, es decir, están 22

compuestos por el mismo material semiconductor, tienen dos junturas y las mismas tres conexiones externas: colector, base y emisor. Por supuesto, siendo un elemento sensible a la luz, la primera diferencia evidente es en su cápsula, que posee una ventana o es totalmente transparente, para dejar que la luz ingrese hasta las junturas de la pastilla semiconductora y produzca el efecto fotoeléctrico. En el mercado se encuentran fototransistores tanto con conexión de base como sin ella y tanto en cápsulas plásticas como metálicas (TO-72, TO-5) provistas de una lente.

Aplicaciones de los fototransistores. Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc. Para comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con fotodiodos p i-n. También se pueden utilizar en la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor de proximidad. Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores ópticos ( opto-switch ), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisión y de reflexión. Teniendo las mismas características de un transistor normal, es podible regular su corriente de colector por medio de la corriente de base. Y también, dentro de sus características de elemento optoelectrónico, el fototransistor conduce más o menos corriente de colector cuando incide más o menos luz sobre sus junturas. Los dos modos de regulación de la corriente de colector se pueden utilizar en forma simultánea. Si bien es común que la conexión de base de los fototransistores no se utilice, e incluso que no se la conecte o ni siquiera venga de fábrica, a veces se aplica a ella una corriente que estabiliza el funcionamiento del transistor dentro de cierta gama deseada, o lo hace un poco más sensible cuando se debe detectar una luz muy débil. Esta corriente de estabilización (llamada bias, en inglés) cumple con las mismas reglas de cualquier transistor, es decir, tendrá una relación de amplificación determinada por la ganancia típica de corriente, o hfe. A esta corriente prefijada se le suman la variaciones producidas por los cambios en la luz que incide sobre el fototransistor. Los fototransistores, al igual 23

que los fotodiodos, tienen un tiempo de respuesta muy corto, es decir que pueden responder a variaciones muy rápidas en la luz. Debido a que existe un factor de amplificación de por medio, el fototransistor entrega variaciones mucho mayores de corriente eléctrica en respuesta a las variaciones en la intensidad de la luz.

Resumen de la Teoría del Transistor A vista de esa prueba realizada este dispositivo ha de tener tres electrodos o bornes, uno por cada uno de los cristales de que se compone. Al cristal que recibe la corriente, el primero de los tres, se distingue con el nombre de emisor; el cristal del centro como base, y al cristal de salida de la corriente, colector. Entonces, en un transistor de tipo NPN, la primera N será el emisor, P será la base, y la otra N, el colector. Estos nombres se suelen abreviar con las letras E, B y C respectivamente. Para comprender bien el funcionamiento del transistor debemos recordar la teoría atómica, donde el cristal N es un cristal que tiene exceso de electrones, y el cristal P, es un cristal con exceso de huecos. Por ejemplo un transistor de tipo NPN, siguiendo la imagen en la que una fuente de alimentación (B) provee de corriente al emisor, conectado al polo negativo en el cristal N, negativo también. En estas condiciones se forman como unas barreras Z1 y Z2 en las uniones con el

cristal P de base, que impiden el paso de la corriente. La base está llena de huecos que pasan a ser ocupados por los electrones más próximos de los 24

cristales contiguos, formándose estas barreras de átomos en equilibrio que impide el paso de la corriente (salvo una muy débil corriente de fuga de escasísimo valor). Pero si se polariza la fuente del mismo signo que ella, es decir, con una tensión positiva respecto al emisor, lo que se llama en sentido contrario, la barrera Z1 desaparece porque el potencial positivo aplicado a la base repele los huecos hacia los cristales N y penetran en la zona de resistencia. Los electrones libres del emisor la atraviesan siendo atraídos por los potenciales positivos de la base y del colector. Dado que el potencial positivo del colector es mucho más elevado que el de la base, los electrones se sentirán más atraídos por el primero, por lo que se obtendrá una elevada corriente del colector (que abreviaremos IC) y una pequeña corriente de base (IB). La corriente del emisor (IE) será por tanto igual a la suma de la corriente de colector y la corriente de base, tal como se deduce de las leyes de Kirchhoff. Es decir: IE = IC + IB

De esto se deduce que la corriente que sale por el colector no va incrementada con la corriente de base. De hecho, la corriente que pasa por emisor y que se designa IE se compone de la corriente de la base y del colector que luego circularán en diferente sentido. En la imagen vemos un esquema de circuito elemental de un transistor en el que se designa también el nombre de las tensiones (V). Así tenemos que VBE es la tensión base-emisor, VCE es la tensión colector-emisor. Como puede verse, en el emisor las corrientes de base colector se suman, tal como dice la ley de Kirchhoff.

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Información Técnica y Comercial de los Transistores

Generalidades de los Transistores Descripción de los Transistores: Los transistores son dispositivos fundados en el uso de semiconductores, que según su estructura y montaje actúan en los circuitos eléctricos como lámparas detectoras, amplificadoras u oscilatrices.

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Propiedades de los Transistores: Carece de elementos que se gasten o destruyan. No requiere caldeo equivalente del filamento de las lámparas, por lo que su funcionamiento es instantáneo con consumo íntimo de energía eléctrica y un rendimiento elevado. No es frágil, es resistente a los impactos y vibraciones. Tiene dimensiones y peso insignificantes.

Fichas técnicas o de información (worksheet ) proporcionadas por diferentes marcas

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39

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,

41

CONCLUSIONES Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de los circuitos electrónicos. Se puede comentar que con el invento de estos dispositivos han dado un giro enorme a nuestras vidas, y a que en casi todos los aparatos electrónicos se encuentran presentes. Se conocieron los distintos tipos de transistores, así como su aspecto físico, su estructura básica y las simbologías utilizadas, pudiendo concluir que todos son distintos y que por necesidades del hombre se fueron ideando nuevas formas o nuevos tipos de transistores. Además de todos esto, ahora si podremos comprobar o hacer la prueba de los transistores para conocer si se encuentra en buenas condiciones para su uso.

42

BIBLIOGRAFIA 

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Thomson Editores. 2000. ISBN: 968-7529-79-2 Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Transistor.

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Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre transistor. Transistores Vs. Válvulas para aplicaciones en audio de alta fidelidad,

Circuitos Electrónicos. Análisis, simulación y diseño , Ed.

Oscar Bonello, fundador de la compañía Solidyne y miembro de Audio Engineering Society (AES), propone una interpretación posible sobre la  

rivalidad entre entusiastas de una u otra tecnología. Como funcionan realmente los transistores Versión original en Inglés Símbolos de transistores

ANEXOS Intel inventa los transistores en tres dimensiones

43

Intel ha dado a conocer una nueva tecnología de fabricación de transistores denominada Tri-Gate, consistente en estructuras tridimensionales, en la que lleva trabajando los últimos años. Su intención es producirlos en grandes volúmenes para una generación de chips de 22 nanómetros que llevará el nombre de Ivy Bridge. Los transistores en tres dimensiones son una reinterpretación del transistor convencional, y rompen con la estructura bidimensional hasta ahora utilizada para estos componentes que integran los procesadores de ordenadores, teléfonos móviles y aparatos electrónicos, así como electrodomésticos y vehículos. Su estructura permitirá continuar aumentando la densidad de transistores integrada en los chips, y por tanto seguir cumpliendo la Ley de Moore, según la cual esta densidad se duplica cada dos años. Gracias a los transistores Tri-Gate los chips podrán consumir menos energía y ofrecer más potencia, incrementando el rendimiento de los chips de 22 nanómetros hasta un 37% en voltajes bajos en comparación con los de 32 nanómetros.

44

La denominación Tri-Gate proviene de los tres lados de su puerta, según la compañía. Mientras los transistores convencionales «planos» tienen una única puerta en la parte superior, los tridimensionales tienen puertas a cada uno de los tres lados expuestos de la conducción, permitiendo que la corriente circule con todo el flujo posible cuando funciona y que casi se anule cuando está apagado, minimizando el consumo energético. En la imagen superior se aprecia a la izquierda un transistor convencional frente a uno tridimensional (derecha). Intel ya dispone de un prototipo de Ivy Bridge basado en estos transistores, aunque no estará listo para su fabricación a gran escala hasta finales de año. En este vídeo la compañía explica las principales características de estos transistores (en inglés).

Sesenta años reduciendo el tamaño de los transistores

45



En 1953 se montó una radio con 4 transistores; el último chip de Intel tiene 820 millones



A finales de 1947, los laboratorios Bell inventaron de la mano de John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley el transistor, por el que recibieron el Nobel de Química en 1956. Basado en semiconductores como el silicio -deja pasar la corriente o la corta según su estado-, un transistor es algo parecido a un interruptor. Sesenta años después su descubrimiento está presente en la mayoría de los aparatos creados por el hombre gracias a la electrónica.



El transistor se aplicó de forma industrial, en primer lugar, a los aparatos de radio. Hasta entonces, las ondas sonoras se amplificaban para que las captara el oído humano mediante válvulas al vacío, muy grandes y costosas. El transistor, mucho más barato, y sobre todo más pequeño, permite amplificarlas igualmente, pues otra de las virtudes del transistor, además de cerrar o abrir el paso a la corriente o al audio, es dejarla pasar con mayor o menor intensidad. Así, en 1954 se vendió en EE UU la primera radio con transistores, en concreto con cuatro. Sin embargo, el primer aparato que montó un transistor fue un sonotone un año antes.



En aquella época, los transistores se fabricaban de uno en uno, y se aplicaban a radios, teléfonos o, incluso, ordenadores. Estos últimos realizan sus cálculos, procesan datos, reproducen DVD o visualizan fotografías basándose en una información binaria de únicamente dos posiciones. Concretamente del 1, que se obtiene cuando el transistor deja pasar la corriente, y del 0, cuando no. Sin embargo, para que los ordenadores pudieran desarrollar instrucciones más complejas, no valía con un único transistor. El reto fue comunicar muchos transistores y eso se consiguió con los circuitos integrados de transistores. A partir de aquí, la carrera fue vertiginosa.

46



Intel, el primer fabricante mundial de chips para ordenadores, ha mantenido la apuesta, lanzada por uno de sus fundadores, Gordon Moore, de duplicar cada dos años el número de transistores que se montan en un chip o procesador. A más transistores más órdenes se pueden dar, lo que redunda en mayor velocidad y mayor capacidad para realizar operaciones más complejas.



Hasta ahora, la apuesta se ha ido cumpliendo. De hecho, el primer procesador que montó la multinacional estadounidense, el 4004 en 1971, tenía 2.300 transistores. El último, el Core 2 quad, alcanza los 820 millones. Y todo eso en un cuadrado de silicio pulido del tamaño de un pulgar.



Semejante prodigio ha sido resultado de una vertiginosa apuesta por una miniaturización de dimensiones imperceptibles. De hecho, los milímetros son gigantescos y se miden en nanómetros (mil millones de veces más pequeño que un metro). El último procesador de Intel se ha elaborado en un proceso de producción a 45 nanómetros. Eso explica que el proceso de elaboración del nuevo chip dure 12 semanas.



Pero las exigencias del mercado, que busca ordenadores más rápidos y capaces de funciones mucho más sofisticadas, obliga a seguir reduciendo el tamaño. Antonino Albarrán, director tecnológico de Intel Iberia, asegura que todavía hay camino. De hecho, dentro de dos años se trabajará a 32 nanómetros y para 2020 se alcanzarán los 7 u 8, el límite. Para ello, los chip del futuro no serán planos sino tridimensionales. Eso sí, el ojo humano no podrá apreciarlo.



47

LOS TRANSISTORES DE NANOTUBOS MÁS PEQUEÑOS JAMÁS CREADOS SUPERAN A LOS DE SILICIO

Nanopuerta: Una ilustración conceptual muestra un nanotubo posicionado entre la fuente y el drenador de un transistor. Fuente: IBM Informática Un dispositivo de nueve nanómetros demuestra que los nanotubos podrían ser una alternativa viable al silicio a medida que la electrónica se haga cada vez más pequeña. El transistor de nanotubos de carbono más pequeño jamás creado, un dispositivo de nueve nanómetros, funciona mejor de lo que lo haya hecho cualquier otro transistor del mismo tamaño. Durante más de una década, los investigadores han prometido que los nanotubos de carbono, con sus propiedades eléctricas superiores, permitirían crear mejores transistores a tamaños cada vez más pequeños, aunque esa afirmación no había sido probada en el laboratorio a tales extremos. Investigadores de IBM han fabricado transistores de nanotubos y aseguran que esta es la primera evidencia experimental de que el material resulta un potencial reemplazo viable del silicio a un tamaño menor de 10 nanómetros.

48

"Los resultados realmente resaltan el valor de los nanotubos en el tipo más sofisticado de transistores", afirma John Rogers, profesor de ciencias de los materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.). "Sugieren, muy claramente, que los nanotubos tienen el potencial de lograr realmente competir con el silicio, o de ser un elemento complementario". La disminución del tamaño de los transistores de silicio en las últimas décadas ha reducido el coste de la electrónica y ha conducido a una mayor potencia de procesamiento con un menor consumo de energía. Sin embargo, la reducción de la electrónica de silicio podría tener su límite alrededor de los 10 nanómetros, indica Aaron Franklin, investigador del Centro de Investigación Watson de IBM en Yorktown Heights, Nueva York. "Estamos llegando a los límites físicos", señala. A medida que los transistores se hacen más pequeños, es más difícil controlar el modo en que los electrones se mueven a través del canal de silicio para encender y apagar el transistor. Al tener que hacer frente a este comportamiento 'rebelde' que incrementa el consumo energético, Intel anunció el año pasado que cambiaría a un nuevo diseño de transistor en tres dimensiones para su generación de chips de 22 nanómetros. Otras empresas, sin embargo, están trabajando en los llamados transistores de cuerpo ultrafino. No obstante, al margen de la forma que se le dé, el silicio es silicio, y utilizarlo a tamaños tan pequeños presenta problemas incluso en estos nuevos diseños. Se ha dicho de muchos materiales, entre ellos los nanotubos de carbono, que son el reemplazo potencial del silicio. Los nanotubos y otros materiales han resultado prometedores para su uso en transistores más grandes, pero hasta ahora nadie había hecho una demostración de un transistor de nanotubos de carbono de menos de 10 nanómetros. "Si los nanotubos no logran ir mucho más lejos que el silicio, trabajar en ellos es una pérdida de tiempo", señala Franklin. "Hemos hecho transistores de nanotubos de dimensiones enormemente reducidas, y hemos demostrado que son mucho mejores que los mejores dispositivos de silicio".

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Para comprobar cómo afecta el tamaño de un transistor de nanotubos a su rendimiento, el grupo de Franklin creó varios transistores de diferentes tamaños a lo largo de un único nanotubo. Esto les permitió controlar las posibles variaciones que puedan producirse de nanotubo a nanotubo. En primer lugar, tuvieron que colocar una capa muy delgada de material aislante sobre la que asentar los nanotubos. Después, desarrollaron un proceso de dos pasos para agregarles puertas eléctricas sin dañarlos. Estas técnicas no están en absoluto listas para la manufactura, pero permitieron al grupo de IBM crear los primeros dispositivos de nanotubos de menos de 10 nanómetros y ponerlos a prueba en el laboratorio. El trabajo se describe en la revista Nano Letters. El grupo de IBM demostró que su transistor de nanotubos de nueve nanómetros tenía un consumo de energía mucho menor que otros transistores del mismo tamaño. Además, puede llevar más corriente que otros dispositivos de silicio comparables, lo que da como resultado una mejor señal. Siguen existiendo varios problemas de ingeniería importantes, explica Franklin. En primer lugar, los investigadores tienen que encontrar mejores métodos para crear lotes puros de nanotubos semiconductores: añadir tubos metálicos a la mezcla provocaría cortocircuitos en los circuitos integrados. En segundo lugar, deben crear un modo de colocar un gran número de nanotubos en una superficie con una alineación perfecta.

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Intel reinventa el transistor empleando una nueva estructura tridimensional Publicado por Intel España en Sala de noticias Intel España encendido 04-may2011 9:45:23 Los nuevos transistores para los chips de 22 nanómetros combinan ahorro energético y mayores prestaciones como nunca hasta ahora

ASPECTOS DESTACADOS 

Intel

anuncia

una

importante

revolución

técnica

y

una

innovación histórica en el campo de los microprocesadores: los primeros transistores en tres dimensiones, con la tecnología que Intel ha bautizado como Tri-Gate.

51



La transición a los transistores tridimensionales Tri-Gate permite mantener la constancia en los avances tecnológicos, y permitirá que la Ley de Moore se siga cumpliendo durante años.



Su capacidad inédita para combinar prestaciones superiores con ahorro energético abre las puertas a nuevas posibilidades de innovación para toda una gama de dispositivos basados en chips de 22 nm, que irían desde los dispositivos móviles más pequeños hasta potentes servidores para computación en nube.



Un nuevo microprocesador de 22 nm, bajo el nombre en clave "Ivy Bridge", será el primer chip de producción en masa en emplear los transistores tridimensionales Tri-Gate.

Madrid, 4 de mayo de 2011.- Intel Corporation ha anunciado hoy un importante salto cualitativo en la evolución de los transistores, los microscópicos componentes clave en toda la electrónica moderna. Por vez primera desde la invención de los transistores de silicio hace ya más de 50 años, Intel iniciará la producción en masa de transistores creados con estructuras tridimensionales. Así, la compañía introducirá un revolucionario diseño de transistores tridimensionales, llamados Tri-Gate, que la compañía ya planteó por primera vez en 2002, y los producirá en grandes volúmenes en el nodo de 22 nanómetros para una generación de chips que Intel ha bautizado con el nombre en clave de “Ivy Bridge”. Los

transistores tridimensionales Tri-Gate

representan

una

ruptura

fundamental con la estructura bidimensional que durante décadas no sólo ha dado vida a todos los ordenadores, móviles y dispositivos electrónicos creados hasta la fecha, sino a todos los controles electrónicos de coches, vehículos espaciales, electrodomésticos, equipamientos médicos y, a efectos prácticos, los miles de dispositivos cotidianos. “Los científicos e ingenieros de Intel han reinventado el transistor una vez más, y esta vez lo han hecho abriéndolos a la tercera dimensión”, afirma Paul 52

Otellini, presidente y consejero delegado de Intel. “Las posibilidades que ofrecen estos nuevos transistores contribuirán a crear dispositivos increíbles que cambiarán el mundo y nos permitirán seguir cumpliendo con la Ley de Moore adentrándonos en nuevos campos”, añadió. Desde hace años, los científicos son conscientes de las ventajas que presentarían la estructura tridimensional en los transistores de cara a seguir cumpliendo la Ley de Moore, máxime en un momento en el que las dimensiones de los dispositivos se reducen hasta tal punto que las leyes de la física se convierten en obstáculos para la innovación. La clave de la revolución a la que asistimos hoy es la capacidad de Intel de implementar su novedoso diseño de transistores tridimensionales Tri-Gate en la producción a gran escala, inaugurando con ello una nueva era para la Ley de Moore y posibilitando así la creación de una nueva generación de productos innovadores para un amplio espectro de dispositivos. La Ley de Moore es una predicción del desarrollo de la tecnología de semiconductores de silicio que afirma que la densidad de los transistores de un chip se dobla aproximadamente cada 2 años, aumentando así su funcionalidad y prestaciones, al tiempo que se reducen los costes. Esta Ley se ha erigido en el modelo básico de negocio para el sector de los semiconductores desde hace ya más de 40 años. Un ahorro energético y un aumento de las prestaciones sin precedentes Los transistores tridimensionales Tri-Gate de Intel permiten a los chips basados en ellos operar a un voltaje más reducido con menores pérdidas eléctricas, con lo que, si se los compara con los transistores más avanzados de la generación anterior, ofrecen una combinación de prestaciones y eficiencia energética sin precedentes. Estas posibilidades brindan a los diseñadores de chips la suficiente flexibilidad como para elegir diseños de transistores orientados a un menor consumo energético o a alcanzar las máximas prestaciones, dependiendo de la finalidad del chip. 53

Los transistores tridimensionales Tri-Gate en 22 nanómetros ofrecen un incremento del rendimiento de hasta un 37% en voltajes bajos respecto a los transistores de 32 nm que Intel produce en la actualidad. Este increíble aumento de las prestaciones facilita su uso en pequeños dispositivos móviles, ya que emplean menos energía al cambiar entre sus estados. Por otro lado, a igualdad de rendimiento, estos nuevos transistores consumen menos de la mitad energía que los transistores bidimensionales empleados en los chips de 32 nm. “El aumento del rendimiento y el ahorro energético que ofrecen los transistores tridimensionales Tri-Gate, exclusivos de Intel, no tienen comparación con ninguno otro que hayamos visto antes”, afirma Mark Bohr, investigador jefe de Intel. “Este logro revolucionario va más allá de una mera perpetuación de la Ley de Moore. Lo óptimo de su comportamiento en entornos de bajo voltaje y consumos energéticos reducidos supera con creces los avances que hemos vivido en el pasado al evolucionar de un nodo de proceso al siguiente. Estos transistores brindarán a los diseñadores de productos la suficiente flexibilidad como para hacer que los dispositivos actuales sean más inteligentes y además crear nuevos productos. Desde Intel, creemos que este logro técnico aumentará más si cabe la ventaja tecnológica de la compañía respecto del resto del sector de los semiconductores”. Manteniendo el ritmo innovador: la Ley de Moore Cada día los transistores son más pequeños y baratos y alcanzan una mayor eficiencia energética, tal y como reza la Ley de Moore, que recibe su nombre por Gordon Moore, cofundador de Intel. Gracias a esta evolución, Intel ha podido innovar e integrar en sus productos, añadiendo más funciones y núcleos de ejecución a cada generación de chips, aumentando sus prestaciones y reduciendo el coste de producción por transistor. Con la introducción de la generación de proceso de 22 nm, mantener la evolución de la Ley de Moore es una labor más compleja que nunca. En previsión de este problema, en 2002, los científicos de Intel inventaron lo que dieron en 54

llamar como transistores Tri-Gate, que reciben su nombre por los tres lados de su "puerta". La presentación de hoy es fruto de años de trabajo altamente coordinado por parte de las áreas de investigación, desarrollo y producción de Intel, y marca la implementación de este proyecto en la producción a gran escala. Los transistores tridimensionales Tri-Gate son una reinterpretación del transistor convencional. Así, los tradicionales transistores bidimensionales “planos” se ven reemplazados por conducciones tridimensionales de silicio de un grosor increíblemente reducido, que se alzan en vertical desde el sustrato de silicio. El control de las corrientes se realiza mediante la implementación de "puertas" a cada uno de los tres lados expuestos de la conducción, dos en cada lado y una tercera en la parte superior, en lugar de una única puerta en la parte superior, como suele ser el caso de los transistores bidimensionales. El control adicional que brindan estas puertas permite que la corriente circule con todo el flujo posible cuando el transistor está en el estado "ON" (para un mayor rendimiento), y que esta sea prácticamente nula cuando éste está en su estado "OFF" (para minimizar el consumo energético). Además, este sistema permite al transistor pasar de uno a otro estado con gran rapidez, una vez más, para alcanzar las máximas prestaciones posibles. Del mismo modo en que los rascacielos permiten a los urbanistas optimizar el uso del espacio disponible mediante la construcción en altura, la estructura de los transistores tridimensionales Tri-Gate de Intel ofrece un medio de optimizar la densidad. Dado que estas conducciones son de perfil vertical, pueden colocarse juntas en menor espacio, un factor crítico a la hora de aprovechar las ventajas tecnológicas y económicas que plantea la Ley de Moore. De cara a futuras generaciones de productos, los diseñadores tendrán la posibilidad de seguir desarrollando estas conducciones en vertical para obtener así un rendimiento y una eficiencia energética aún mayores. Para Moore, “durante años hemos visto limitaciones a la miniaturización de los transistores. Este cambio en la estructura básica del transistor constituye un 55

planteamiento revolucionario que debería posibilitar la continuación de la Ley de Moore y de la cadencia histórica de la innovación”. La primera muestra de transistores tridimensionales Tri-Gate en proceso de 22 nm de la historia Los transistores tridimensionales Tri-Gate se implementarán en el próximo proceso de producción de la compañía, llamado nodo de 22 nm en referencia al tamaño de los elementos de cada transistor. Así, gracias al proceso de 22 nm, en el punto final de esta frase podrían caber más de 6 millones de transistores TriGate. Hoy Intel ha mostrado al público su primer procesador realizado en 22 nm bajo el nombre en clave “Ivy Bridge”, que se ha podido ver en un ordenador portátil, en uno de sobremesa y en un servidor. Los procesadores de la familia Intel® Core™ basados en Ivy Bridge serán los primeros en implementar la producción en masa de transistores tridimensionales Tri-Gate. Intel prevé que la familia Ivy Bridge esté lista para la producción a gran escala antes de fin de año. Esta revolución en la tecnología de los semiconductores contribuirá además a ofrecer productos basados en los procesadores Intel® Atom™ más integrados y que permitan contar con el rendimiento, funcionalidad y compatibilidad de software necesario para una amplia variedad de sectores de mercado, al tiempo que satisfagan sus requisitos de consumo energético, coste y tamaño. Acerca de Intel Intel (NASDAQ: INTC), es un líder mundial en innovación informática. La compañía diseña y fabrica tecnologías fundamentales que sirven como base para los dispositivos informáticos del mundo. Para más información, visite la dirección: newsroom.intel.com y blogs.intel.com. También puede seguirnos en Twitter: @intel_spain

56

* Intel, Intel Core, Atom y el logotipo de Intel son marcas comerciales de Intel Corporation en los EE.UU. y en otros países. * Otras marcas pueden ser propiedad de otras compañías.

Transistores

Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control. Vienen a sustituir a las antiguas válvulas termoiónicas de hace unas décadas. Gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles llamados comúnmente "transistores", televisores que se encendían en un par de segundos, televisores en color... Antes de aparecer los transistores, los aparatos a válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban más de 30 segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a pilas, debido al gran consumo que tenían.

57

Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran: 

Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación)



Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia)



Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM)



Detección de radiación luminosa (fototransistores)

Los transistores de unión (uno de los tipos más básicos) tienen 3 terminales llamados Base, Colector y Emisor, que dependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.

58

Por otro lado, los Transistores de Efecto de Campo (FET) tienen también 3 terminales, que son Puerta (Gate), Drenador (Drain) y Sumidero (Sink), que igualmentedependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas. Tipos de Transistores. Simbología Existen varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las apliaciones a las que se destinan. Aquí abajo mostramos una tabla con los tipos de uso más frecuente y su simbología:

Transistor Bipolar de Unión (BJT) Transistor de Efecto de Campo, de Unión (JFET) Transistor de Efecto de Campo, de Metal-Óxido-Semiconductor (MOSFET) Fototransistor

Nota: En un esquema electrónico, los transistores se representan mediante su símbolo, el número de transistor (Q1, Q2, ...) y el tipo de transistor, tal como se muestra aquí:

Aquí podemos ver una selección de los transistores más típicos, mostrando su encapsulado y distribución de patillas. (Para ver la imágen en grande se puede hacer click sobre ella).

59

Encapsulado de Transistores Ahora vamos a ver los transistores por fuera. Están encapsulados de diferentes formas y tamaños, dependiendo de la función que vayan a desempeñar. Hay varios encapsulados estándar y cada encapsulado tiene una asignación de terminales que puede consultarse en un catálogo general de transistores. Independientemente de la cápsula que tengan, todos los transistores tienen impreso sobre su cuerpo sus datos, es decir, la referencia que indica el modelo de transistor. Por ejemplo, en los transistores mostrados a la derecha se observa la referencia

"MC

140".

Cápsula TO-3. Se utiliza para transistores de gran potencia,

que

siempre

suelen llevar un radiador de aluminio

que

ayuda

a

disipar la potencia que se genera

en

él.

Arriba a la izquierda vemos su

distribución

de

terminales, observando que

60

el colector es el chasis del transistor. Nótese que los otros terminales no están a la misma distancia de los dos

agujeros.

A la derecha vemos la forma de

colocarlo

sobre

un

radiador, con sus tornillos y la mica aislante. La función de la mica es la de aislante eléctrico

y

a

la

vez

conductor térmico. De esta forma,

el

transistor

colector no

está

del en

contacto eléctrico con el radiador. Cápsula TO-220. Se utiliza para transistores de menos potencia, para reguladores de tensión en fuentes de alimentación

y

para

tiristores y triacs de baja potencia. Generalmente necesitan un radiador aunque

de a

veces

aluminio, no

es

necesario, si la potencia que van a disipar es reducida. Abajo vemos la forma de colocarle el radiador y el tornillo de sujección. Se 61

suele

colocar

una

mica

aislante entre el transistor y el radiador, así como un separador de plástico para el tornillo, ya que la parte metálica está conectada al terminal central y a veces no interesa que entre en contacto eléctrico con el radiador. Cápsula TO-126. Se utiliza en transistores de potencia reducida, a los que resulta

no

generalmente

necesario

colocarles

radiador. Arriba a la izquierda vemos la asignación de terminales de un transistor BJT y de un Tiristor. Abajo

vemos

dos

transistores que tienen esta cápsula

colocados

pequeños

sobre

radiadores

de

aluminio y fijados con su tornillo correspondiente. Cápsula TO-92. Es muy utilizada en transistores de pequeña En

el

señal. centro

vemos

la

62

asignación de terminales en algunos

modelos

de

transistores, vistos desde abajo. Abajo

vemos

dos

transistores de este tipo montados sobre una placa de circuito impreso. Nótese la indicación "TR5" de la serigrafía, que indica que en ese lugar va montado el transistor circuito,

número de

5

acuerdo

del al

esquema eléctrónico. Cápsula TO-18. Se utiliza en transistores de pequeña señal.

Su

cuerpo

está

formado por una carcasa metálica

que

tiene

un

saliente

que

indica

el

terminal del Emisor. Cápsula miniatura. Se utiliza en transistores de pequeña señal.

Al

igual

que

el

anterior, tienen un tamaño bastante pequeño.

63

Para más información acerca del encapsulado de los transistores, hemos colocado aquí estas hojas de características. En ellas se observan la forma y dimensiones de los diferentes tipos de transistores.

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IIMAGENES DE TRANSISTORES

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