Qué es un transistor de efecto campo (FET)

El transistor de efecto campo (FET - Field Effect Transistor) es uno de los dos grandes tipos de transistores (el otro es el BJT - bipolar). A diferencia del BJT, que es controlado por corriente en la base, el FET es controlado por voltaje en la compuerta (gate). Esto le da impedancia de entrada extremadamente alta (≈∞ en DC), consumo de control nulo y comportamiento similar a una triodo de vacío.

Historia y principio de funcionamiento

• Teoría patentada en 1925 (Lilienfeld) y 1934 (Heil), pero fabricación práctica en los 60.
• En estado sólido, una región conductora (canal) entre Source (S) y Drain (D) es modulada por un campo eléctrico creado por el voltaje en Gate (G).
• Análogo a tubo de vacío: S = cátodo, D = ánodo, G = rejilla (grid).
• Diseñadores de tubos encontraban FETs más intuitivos que BJTs.

Clasificaciones principales

Por tipo de canal (dopaje)

• N-Canal: Canal dopado N (electrones portadores). Más comunes, mejor movilidad → menor R_DS(on), más velocidad.
• P-Canal: Canal dopado P (huecos portadores). Necesarios para topologías complementarias (CMOS) y high-side switching.

Por modo de funcionamiento

• Modo Depleción (Depletion mode / D-mode): Canal conduce con V_GS = 0 V. Para cortar, hay que aplicar V_GS opuesto (negativo en N-canal). "Normally ON".
• Modo Realce (Enhancement mode / E-mode): Canal cortado con V_GS = 0 V. Para conducir, hay que aplicar V_GS mismo signo (positivo en N-canal). "Normally OFF". Estándar en lógica digital y power MOSFETs.

En ambos, |V_GS| mayor → más corriente (N-canal) o menos (P-canal).

Tipos constructivos (fabricación)

Tipo	Descripción	Uso
JFET (Junction FET)	Unión PN gate-canal. Solo modo depleción.	Pequeña señal, alta Zin, bajo ruido.
MESFET	Unión Schottky metal-semiconductor (gate).	RF/microondas, GaAs, alta velocidad.
MOSFET (IGFET)	Gate aislado por óxido (SiO2). Depleción o realce.	¡El 99 % de transistores hoy! Lógica, potencia, analógico.
CMOS	MOSFET N + P complementarios en mismo sustrato.	Lógica digital, memoria, microprocesadores.
HFET / HEMT	Heteroestructura (AlGaAs/GaAs, GaN/AlGaN). 2DEG.	RF potencia, microondas, radar, 5G, satélites.
FinFET / GAA	Estructura 3D (aleta, gate-all-around) para < 10 nm.	CPUs/GPUs/SoCs avanzados (5 nm, 3 nm).

Terminales del FET (análogos BJT / Tubo)

• Source (S) → Emisor (BJT) / Cátodo (tubo)
• Gate (G) → Base (BJT) / Rejilla (tubo)
• Drain (D) → Colector (BJT) / Ánodo (tubo)
• Substrate / Body (B) → Sustrato (a menudo conectado a Source en discretos)

Materiales de sustrato

• Silicio (Si): Estándar, barato, maduro. 95 % del mercado.
• Arseniuro de Galio (GaAs): Mayor velocidad, dureza a radiación, invisible a IR. RF, microondas, espacio.
• Germanio-Silicio (SiGe): Velocidad > Si, compatible CMOS. BiCMOS, RF.
• Fosfuro de Indio (InP), Zafiro (SOS): Nichos de muy alta velocidad / radiación.
• Nitruro de Galio (GaN), Carburo de Silicio (SiC): Potencia alta, alta T°, alta frecuencia. Cargadores rápidos, EV, radar, 5G.

Ventajas FET vs. BJT vs. Tubo vacío

	FET	BJT	Tubo vacío
Velocidad conmutación	Muy rápida (ps-ns)	Rápida (ns)	Lenta (µs-ms)
Calor por conmutación	Muy bajo	Medio	Alto (calentador cátodo)
Densidad integración	Extrema (nm)	Alta	Nula (discretos)
Sensibilidad ESD	Alta (gate oxide frágil)	Media	Inmune
Potencia alta (kV/MW)	Buena (GaN/SiC)	Limitada	Excelente (RF broadcast)
Impedancia entrada	≈∞ (voltage driven)	Baja (current driven)	Alta

Hoy, MOSFET y CMOS (Si) dominan todo: lógica, memoria, potencia, RF. GaN/SiC toman el relevo en potencia alta. JFET/MESFET/HEMT en nichos analógicos/RF. El FET ganó la guerra por la combinación de voltaje-control, escalabilidad y fabricación planar.