Qu'est-ce qu'un transistor à effet de champ (FET) ?
Cet article présente l'un des deux grands types de transistors : le FET (Field Effect Transistor). L'autre est le BJT (bipolaire).
Dispositifs actifs (tubes, transistors) modulent le courant selon leur polarisation. Diode simple (anode/cathode) : polarisée direct = courant (faible chute tension) ; polarisée inverse = blocage (interrupteur commandé par bias).
Dispositifs complexes : triodes (anode, cathode, grille), pentodes (3 grilles) ; transistors : comportement diode en inverse. En direct, courant modifiable par tension grille (tube) ou courants de commande (base BJT, grille FET) → amplification petit signal.
Histoire et fonctionnement
Théorie FET (1925, 1934) avant BJT, mais fabrication pratique années 60. FET contrôle courant en état solide comme tubes : cathode→anode modulé par tension grille. « Points d'étranglement » semi-conducteurs où champs chargés restreignent/augmentent courant (selon substrat/mode). Concepteurs tubes trouvaient FET plus intuitifs que BJT.
Classifications FET
- Type de canal : dopage canal principal. N-canal (dopage N), P-canal (dopage P).
- Mode : Enhancement (canal fermé à 0 V grille) ; Depletion (canal ouvert à 0 V). Pour les deux, bias grille ↑ → courant ↑ (N-canal) ou ↓ (P-canal).
Types de fabrication
- JFET (jonction PN comme BJT). Sous-ensemble MESFET (jonction Schottky = transition plus nette).
- IGFET (grille isolée, couche mince au jonction PN). Les plus courants : MOSFET (Metal-Oxide) et CMOS (Complementary MOS) – majoritaires aujourd'hui.
- Spécialisés : HFET (haute vitesse).
Éléments du FET
- Source ≈ émetteur BJT / cathode tube
- Grille (Gate) ≈ base BJT / grille tube
- Drain ≈ collecteur BJT / anode tube
- Substrat (sur schémas standards)
Matériaux substrat
- Silicium (Si) : commun, pas cher, robuste. Majorité numérique.
- GaAs, SiGe : commutation plus rapide, mais plus cher. GaAs : dureté radiative naturelle, invisible IR.
- InP, saphir : recherche.
Avantages/inconvénients vs BJT et tubes
- vs BJT : commutation plus rapide, moins de chaleur/commutation, géométries plus fines (plus de transistors/µm²). Mais MOSFETs précoces plus sensibles décharges électrostatiques (ESD).
- vs Tubes : FET minuscules, efficaces, pas cher, pas de chauffe cathode. Tubes : quasi immunisés ESD/impulsions EM (explosion nucléaire), meilleurs haute puissance (kV+) et haute fréquence (émetteurs radio/TV).