Ah … gran pregunta, ya que los transistores de efecto de campo son el área en la que más trabajo.
En los TRANSISTORES NORMALES (es decir, no en los “transistores cuánticos”, como el Transistor de un solo electrón), los efectos cuánticos como la tunelización no deberían ocurrir para un funcionamiento adecuado del dispositivo.
Por supuesto, el transistor en general funciona según las reglas de la mecánica cuántica, pero en general estos son los principales responsables de la propiedad del semiconductor, como la brecha de banda de energía, etc., pero no se observan los efectos cuánticos macroscópicamente.
- Con objetos externos en forma de asteroides y cometas, ¿por qué nada ha sacudido el sistema solar fuera de balance?
- ¿Se pueden considerar los fotones como una combinación de dos quasipartículas? En la forma en que los electrones pueden considerarse como dos Majoranas?
- ¿Cuál es el significado de la ley Wiedemann-Franz?
- ¿Qué tipo de materia es el polvo de talco? Si es sólido, ¿cómo justificaremos su comportamiento de cambiar de forma según el tipo de contenedor?
- ¿Por qué los tractores con un BHP casi igual al de un automóvil normal (digamos 75 BHP) pueden cargar cargas grandes o pesadas fácilmente mientras que un automóvil tiene muchas dificultades comparativamente?
TRANSISTORES
En primer lugar, hay muchos tipos de transistores e incluso muchos tipos de transistores de efecto de campo (FET).
El FET y el transistor más comunes en general es el MOSFET (FET de semiconductor de óxido de metal), que es la base de la mayoría de los componentes electrónicos, incluidos los circuitos integrados.
Aquí hay un esquema:
Tiene 3 contactos, es decir, electrodos, la fuente y el drenaje , entre los cuales fluye la corriente (generalmente entre la fuente y el drenaje) y el electrodo de puerta separado por una capa de óxido [1].
Idealmente, no fluye corriente entre la puerta y los otros electrodos. [2]
Sin embargo, ningún aislante es perfecto, por lo tanto, a menudo hay una pequeña corriente entre la fuente / drenaje y los electrodos de la puerta. Esto se llama corriente de fuga .
TÚNELES
Ahora, la tunelización, como generalmente se sabe, significa que una partícula, como un electrón, puede vencer o atravesar una barrera potencial que no podría atravesar de manera clásica , es decir, incluso si la energía del electrón es MENOR que la energía de la barrera potencial. aún podrá pasar a través de él y ser observado al otro lado, como lo ilustran estas divertidas imágenes:
Ahora, ¿por qué el túnel es malo para los MOSFET?
¡Lo adivinaste! ¡Fuga!
El túnel básicamente permitirá que los electrones tunelen a través del óxido y mejoren la corriente de fuga, que básicamente puede perturbar el funcionamiento del dispositivo o incluso quemarlo a través del calor.
¿Con qué frecuencia se presenta? Todo el tiempo … o más bien está determinado por la posibilidad de que un electrón tenga un túnel. La mayoría de los electrones NO se tunelizarán, pero algunos lo harán y serán una contribución constante a la corriente de fuga.
Sin embargo, tenga en cuenta que no es tan problemático, ya que de hecho hemos alcanzado FET con capas de óxido de 1 nm de espesor (el transistor con un tamaño de compuerta de 1 nm es el más pequeño del mundo), aunque estos espesores pequeños ahora funcionan solo como prueba de concepto.
Creo que el límite actual en la electrónica comercial es de aproximadamente 14 nm, aunque algunos circuitos integrados avanzados son incluso inferiores a 7 nm (si no recuerdo mal).
En cualquier caso, nos estamos acercando al límite, debido a túneles, pero también debido al problema de la disipación de calor. No tiene sentido tener un circuito integrado super-duper con un billón de FET en él, cuando se quema después de 1 minuto …
Notas:
[1] la capa de óxido puede ser reemplazada por cualquier aislante, en principio, no necesariamente un óxido, pero el óxido se usa por facilidad tecnológica. El óxido se forma oxidando el semiconductor, es decir, el silicio exponiéndolo a altas concentraciones de oxígeno a altas temperaturas.
[2] Esto también es cierto en otros tipos de FET, donde la capa de óxido se reemplaza por una “capa de dependencia”
