-TRANSISTOR MOSFET
La tecnología CMOS se ha vuelto tan importante, que no podemos cerrar este Suplemento sin dar una idea así sea generalizada sobre cómo trabaja la electrónica CMOS, para beneficio de los lectores que tengan algunas nociones elementales sobre cuestiones eléctricas.
El punto de partida para poder construír compuertas lógicas mediante tecnología CMOS es la física del funcionamiento del transistor MOSFET (acrónimo del inglés Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, que en español significa "Transistor de Efecto de Campo Metal Oxido Semiconductor) ejemplificado en los siguientes diagramas en los cuales la región de color amarillo es la capa "metálica", la región de color verde es la región de "óxido" y la región de color magenta es el substrato del semiconductor:
El transistor MOS básico es un componente de tres terminales, dos terminales denominadas D (de la palabra inglesa drain que significa drenaje) y S (de la palabra inglesa source que significa fuente) en las cuales se aplica una fuente de voltaje, y una terminal de "control" denominada G (de la palabra inglesa gate que puede tomarse como gatillo o compuerta). Como puede verse en el diagrama de la izquierda, cuando la terminal G está abierta (Open) sin que se le esté aplicando voltaje alguno, entonces la corriente eléctrica que está tratando de enviar el polo positivo de la batería (resaltada en la trayectoria incompleta de color azul) llega hasta la región (de color ciano) denominada N en donde la posible conducción de corriente eléctrica queda detenida al no haber en la región P (de color magenta) camino alguno mediante el cual se pueda completar la trayectoria. La situación cambia por completo cuando en el diagrama de la derecha le aplicamos un voltaje a la terminal G. Al aplicar dicho voltaje, se polarizan las regiones de color amarillo, verde y magenta, de modo tal que mientras en la región de color amarillo se crean cargas eléctricas positivas en la región P de color magenta (que llamaremos el substrato) se crea una contraparte de igual número de cargas eléctricas negativas, formando dentro de la región P un "canal" N de color azul que conecta las dos regiones N, con lo cual se establece un camino para la conducción de energía eléctrica (resaltada en la trayectoria cerrada de color rojo).
El transistor MOSFET cuyo funcionamiento acabamos de ver es un transistor de tipo canal-N (conocido también como transistor NMOS), así llamado porque el "canal" de conducción que permite el paso de corrientes eléctricas funciona a base de cargas eléctricas negativas. Existe otro transistor MOSFET cuyo funcionamiento es parecido al de arriba excepto que dicho transistor es un transistor MOS de tipo canal-P (conocido también como transistor PMOS) en el cual el "canal" de conducción que permite el paso de corrientes eléctricas funciona a base de cargas eléctricas positivas. En los diagramas esquemáticos es posible distinguir el uno del otro porque el primero de ellos (canal-N) se dibuja utilizando una flecha intermedia entre las terminales D y S que siempre apunta hacia adentro, mientras que en el segundo se dibuja una flecha intermedia que siempre apunta hacia afuera como lo muestra el símbolo empleado para este último:
El circuito básico para construír un amplificador de voltajes MOSFET que también puede ser utilizado como inversor lógico siempre y cuando los voltajes de entrada y salida estén restringidos a únicamente dos valores con los cuales se definan el "0" y el "1" es el siguiente para un MOSFET de canal-N:
En este circuito elemental, si se utiliza como inversor lógico, la aplicación de un voltaje Vin en la terminal G ocasiona que el transistor MOSFET comience a conducir, con lo cual toda la caída del voltaje de +5 voltios de la fuente de poder ocurrirá a través de la resistencia de carga Rload de 10 mil ohms cuyo uso limita la magnitud de la corriente eléctrica impidiendo un corto circuito, y el voltaje a través del transistor MOSFET será casi cero. Con este circuito, la aplicación a la entrada de un voltaje de +5 voltios tomado como un "1" lógico produce a la salida un voltaje que podemos tomar como cero voltios, o sea un "0" lógico, mientras que la remoción del voltaje a la entrada que equivale "aterrizar" la entrada a un "0" lógico ocasionará que el transistor MOSFET deje de conducir siendo por lo tanto la salida igual a +5 voltios o un "1" lógico. En pocas palabras, cuando la entrada es "1" la salida es "0", y cuando la entrada es "0" la salida es "1". Esta es precisamente la acción del inversor lógico.
Para un MOSFET de canal-N, el circuito requerido para crear un inversor lógico es el siguiente:
