Voir la source de Transistor à effet de champ

{{Ébauche|électronique}}
{{Voir homonymes|FET}}
[[Image:P45N02LD.jpg|thumb|Circuit électronique avec transistor à effet de champ]]

Un '''transistor à effet de champ''' (en anglais, ''Field-effect transistor'' ou ''FET'') est un dispositif [[semi-conducteur]] de la famille des [[transistor]]s. Sa particularité est d'utiliser un [[champ électrique]] pour contrôler la forme et donc la conductivité d'un « canal » dans un matériau semiconducteur. Il concurrence le [[transistor bipolaire]] dans de nombreux domaines d'applications, tels que l'électronique numérique.

== Historique ==

Le premier brevet sur le transistor à effet de champ a été déposé en [[1925 en science|1925]]<ref>{{patent|US|1745175|"Method and apparatus for controlling electric current", brevet d'abord déposé au Canada le {{date|22|octobre|1925}} et décrivant un matériel analogue à un MESFET.}}</ref> par [[Julius Edgar Lilienfeld|Julius E. Lilienfeld]]. Comme rien ne fut publié sur cette invention, elle resta ignorée de l'industrie.

De même, le physicien [[Oskar Heil]] déposa en [[1934 en science|1934]] un brevet pour une invention similaire<ref>{{patent|GB|439457|"Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices" d'abord déposé en Allemagne le {{date|2|mars|1934}}}}</ref>, mais il n'existe pas de preuve que cet appareil ait été construit.

Ce n'est qu'après la guerre que le transistor à effet de champ sera redécouvert, d'abord le JFET en [[1952 en science|1952]] puis le MOSFET en [[1960 en science|1960]], par [[Dawon Kahng|Kahng]] et [[Mohamed M. Atalla|Atalla]].

== Présentation ==
{| cellpadding="10" cellspacing="0" align="right" style="font-size: 85%; border: 1px solid #000000;"
|- align = "center"
| [[Image:JFET P-Channel Labelled.svg|80px]] || [[Image:IGFET P-Ch Enh Labelled.svg|80px]] || [[Image:IGFET P-Ch Enh Labelled simplified.svg|80px]] || [[Image:IGFET P-Ch Dep Labelled.svg|80px]] || || P
|- align = "center"
| [[Image:JFET N-Channel Labelled.svg|80px]] || [[Image:IGFET N-Ch Enh Labelled.svg|80px]] || [[Image:IGFET N-Ch Enh Labelled simplified.svg|80px]] || [[Image:IGFET N-Ch Dep Labelled.svg|80px]] || [[Image:IGBT_symbol.gif|80px]] || N
|- align = "center"
| JFET || colspan="2"| MOSFET enr || MOSFET app || IGBT
|}
Un transistor à effet de champ est un composant à trois broches : la Grille, le Drain et la Source.

On considère que la commande du transistor se fait par l'application d'une tension ''V{{ind|GS}}'' sur la grille, négative dans le cas d'un type P, positive dans le cas d'un type N.

Les caractéristiques de sortie sont liées au rapport tension/courant admissible entre le drain et la source, représenté par une résistance équivalente ''R{{ind|DSon}}'' lorsque le transistor est passant.

La pente (ou [[transconductance]]) du transistor est le rapport <math>g=I_{DS}/U_{GS}</math>. C'est l'inverse d'une résistance (donc une conductance). Plus elle est élevée, et plus le gain du transistor sera grand.

L'un des modèles les plus connus est le modèle 2N3819, toujours vendu de nos jours. Donnons ses caractéristiques :
* puissance maximale dissipée : 0,36 W ;
* tension drain-source maximale : 15 V ;
* pente : 2 à 6,5 [[Siemens (unité)|mS]].

Comme les transistors MOS et MOSFET, les transistors à effet de champ sont plus fragiles que les transistors à jonction, notamment parce qu'ils peuvent claquer à la suite d'une décharge d'électricité statique. C'est pourquoi on doit les protéger contre les surtensions d'origine statique ou dynamique afin d'éviter leur destruction :

* en court-circuitant les connexions externes pendant leur stockage, leur manipulation ou leur soudure ;
* en les piquant dans des mousses conductrices.

== Fonctionnement ==

Un transistor à effet de champ est un transistor unipolaire : son fonctionnement est basé sur l'action d'un champ électrique sur un canal composé d'un seul type de porteurs de charges mobiles. Ce canal est un [[semi-conducteur]] avec un excédent d'électrons ([[Dopage (semi-conducteur)|dopage]] de type N), ou de trous (dopage de type P). La présence d'un champ électrique peut autoriser la conduction électrique dans ce canal (transistor à enrichissement, ou ''enhancement'') ou la réduire (transistor à appauvrissement, ou ''depletion'').

Par rapport à un transistor bipolaire (NPN ou PNP), il présente l'intérêt d'avoir une grande impédance d'entrée (supérieure au mégaohm), ce qui le rend intéressant dans certains montages (étage d'entrée d'un radiorécepteur, détecteur d'électricité statique...). Plus précisément, cette résistance d'entrée est la résistance de fuite de la jonction grille-source (GS) polarisée en inverse. La capacité d'entrée du transistor est faible (quelques picofarads).
Cette résistance d'entrée élevée et cette faible capacité d'entrée donnent aux transistors à effet de champ des caractéristiques proches de celles des [[Tube électronique|tubes à vide]].

En réception radio, l'intérêt des transistors à effet de champ est : 

* une meilleure sélectivité des circuits associés ;
* un meilleur [[facteur de bruit]] (car la bande passante du circuit est réduite, du fait d'un amortissement moindre).

C'est pourquoi on les trouve souvent dans les schémas de préamplificateurs d'entrée, d'oscillateurs, de mélangeurs.

== Classification ==
=== JFET ===
{{Article détaillé|Junction Field Effect Transistor}}
Un transistor de type JFET (''Junction Field Effect Transistor'' ou transistor à effet de champ à jonction) présente une grille reliée au substrat. Dans le cas d'un canal dopé N, le substrat et la grille sont fortement dopés P+ et physiquement reliés au canal. Le drain et la source sont des îlots très fortement dopés N+ dans le canal, de part et d'autre de la grille. Dans le cas d'un canal dopé P, les dopages de chaque partie sont inversés, ainsi que les tensions de fonctionnement.

=== MOSFET ===
{{Article détaillé|Transistor à effet de champ à grille métal-oxyde}}
Un transistor de type MOSFET (''Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor'') présente une grille métallique électriquement isolée du substrat par un [[diélectrique]] de type SiO{{ind|2}}.

=== MESFET ===
Un transistor de type MESFET (''MEtal Semiconductor Field Effect Transistor'') présente une grille métallique.
Ce type de transistor apparu en 1966 et fut le premier à être fabriqué à partir d’un [[Semi-conducteur III-V|composé III-V]]. Un MESFET est constitué par un barreau de semi-conducteur de type N sur lequel sont réalisés à ses deux extrémités les contacts ohmiques de source et de drain. Entre la source et le drain, un contact Schottky matérialise l’électrode de grille. Le transistor est réalisé sur un substrat semi-isolant de GaAs sur lequel on fait croître par épitaxie ou par [[implantation ionique]] la couche active avec des impuretés de type donneur (ND ≈ 2 E{{exp|17}} cm{{exp|-3}}). L’adjonction d’une couche fortement dopée (ND ≈ 2 E{{exp|18}} cm{{exp|-3}}) permet l’accrochage des contacts ohmiques de source et de drain, ainsi que la diminution des résistances parasites de source et de drain.

=== MODFET, HEMT ou HFET ===
{{article détaillé|MODFET}}
Un MODFET (''modulated-doping field effect transistor'') ou HEMT (''High Electron Mobility Transistor'') est un transistor à haute mobilité d'électrons connu aussi sous le nom de transistor à effet de champ à hétérostructure. Il est composé de deux semi-conducteurs de bande interdite différente (ex GaAlAs et GaAs) qui à leur frontière forment un [[puits quantique]] dans lequel les électrons sont confinés formant ainsi un gaz bi-dimensionnel d'électrons.

=== CNFET ===
{{Loupe|Carbon Nanotube Field Effect Transistor}}

=== ChemFET ===
{{Loupe|Chemical Field Effect Transistor}}

=== ISFET ===
{{Loupe|Ion Sensitive Field Effect Transistor}}

=== EOSFET ===
{{Loupe|Electrolyte Oxide Semiconductor Field Effect Transistor}}

=== ENFET ===
{{Loupe|Enzymatic Field Effect Transistor}}
=== OFET ===
{{Loupe|Organic Field Effect Transistor}}
Un OFET, {{lien|langue=en|trad=organic field-effect transistor|fr=Organic Field Effect Transistor}} ou transistor à effet de champ organique, est un transistor à effet de champ dont le canal est formé par un [[semi-conducteur organique]].

== Réalisation pratique ==
La structure générale d'un transistor à effet de champ n'est pas facile à réaliser en raison des difficultés que l'on a à diffuser des impuretés des deux côtés d'une plaquette de semi-conducteur.

Pratiquement, on ne diffuse ces impuretés que d'un seul côté de la plaquette en utilisant la même technique que pour les [[jonction P-N|diodes à jonction p-n]]. À cet effet, on part d'une plaquette de silicium de type p, cette plaquette étant obtenue à partir de lingots cylindriques de silicium monocristallin pur. Le substrat est mis en présence d'un courant gazeux chargé d'une impureté de type n. La vapeur dépose des films monocristallins qui s'arrangent suivant la structure du substrat, d'où le nom de [[épitaxie|dépôt épitaxial]].

On protège la couche épitaxiale par un revêtement de [[dioxyde de silicium]] (SiO{{ind|2}}), revêtement que l'on obtient par un courant d'oxygène à {{tmp|1200|°C}}.
Ensuite, on crée une fenêtre en enlevant l'oxyde dans une zone en forme de cadre, puis on diffuse vers {{tmp|1200|°C}} des impuretés (accepteurs d'électrons) jusqu'à ce que les zones p se propageant dans le cristal traversent la couche épitaxiale de type n. Pendant la diffusion qui peut durer plusieurs heures, une couche protectrice d'oxyde se forme à nouveau en surface selon un phénomène de ré-oxydation propre à toute diffusion. La grille est alors formée par le cadre p (partie supérieure) et par le substrat (partie inférieure). Des connexions métalliques qui ne sont pas représentées plusieurs figures établissent les différentes liaisons à travers la couche isolante entre les électrodes et les éléments extérieurs.{{Incompréhensible}}

== Notes et références ==
{{Références}}

== Voir aussi ==
===Articles connexes===
* [[Transistor]]
* [[Transistor bipolaire]]
** [[Transistor bipolaire à grille isolée]] (IGBT)
* [[Transistor à effet de champ à grille métal-oxyde]] (MOSFET)
* Montages amplificateurs :
** pour [[transistor bipolaire]] :
*** [[Base commune]],
*** [[Collecteur commun]],
*** [[Émetteur commun]] ;
** pour transistor à effet de champ :
*** [[Drain commun]],
*** [[Grille commune]],
*** [[Source commune]].

===Lien externe===
* [https://www.zonetronik.com/les-transistors-mosfet-field-effect-transistors/ Transistors MOSFET]

{{Portail|électricité et électronique|micro et nanotechnologie}}

[[Catégorie:Transistor]]
[[Catégorie:Invention autrichienne]]