FET Nedir? Ne İşe Yarar? Çeşitleri Nerelerde Kullanılır?

FET nedir: FET Alan etkili bir transistör olarak bilinir. FET “Field Effect Transistor” kelimelerinin baş harflerinin kısaltılmışıdır. Elektronik dünyasında sık sık karşımıza çıkmaktadır.

FET analog ve dijital devrelerde, güç dengesi amacıyla kullanılır. Yarı iletken malzeme içerisinde kanal akımını ve iletkenliğini yük taşıyıcıları yardımıyla değiştirmeye yarayan bir elemandır.

FET Yapısı

Alan Etkili Transistör 3 uçlu bir grup yarı iletken devre elemanının genel adıdır. FET, çoğunluk yük taşıyıcısı görevini üstlenir. Bu görevini de Source (Kaynak) ve Drain (Kanal) uçları arasında gerçekleştirir. FET iki yarı iletkenin birleşiminden oluşmuştur.

FET üzerinde 3 terminal bulunur:

Source (Kaynak),
Drain (Kanal)
Gate (Kapı)

Alan etkili bir transistörün kesit görünümü

Kaynak terminalinden taşıyıcılar giriş yaparken, kanal terminalinden çıkış yaparlar. Kapıya (gate) voltaj uygulandığında ise kontrollü bir şekilde kanal iletkenliği modülasyonu sağlanır.

BJT çeşidi olan çift kutuplu transistörde Emiter, Kollektör ve Base uçlarına karşılık gelen bu terminaller vardır. Bunlara ek olarak bazı FET tipi transistörlerde ek bir terminal daha bulunur. (Body (gövde), Base, Bulk (Yük) veya Substrate (Tabaka) isimlerini alırlar. Bu terminaller, transistörün karakteristiğini belirlerler. Bu 4. terminal çoğunlukla entegre devrelerde karşımıza çıkar.

FET’ in Çalışması

FET’ ler transistörler yardımı ile çalışan bir sisteme sahiptir. JFET’ ler ve MOSFET’ ler FET’ in çalışma prensibini oluşturur.

FET yüksek giriş empedansına sahip, tek kutuplu, gerilim kontrollü bir elemandır. Elektrik alanı prensiplerine göre çalıştığından alan etkili transistörler olarak bilinir. FET’ ler, transistörlerin kullanıldığı yerlerde rahatlıkla kullanılabilir.

G ucuna uygulanan gerilim D-S arasından geçen akımın değerini değiştirir. Yani G ucuna gelen ters yönlü gerilime (polarmaya) göre D-S arası kanal daralır veya genişler. FET’ ler, diyotların ters polarmasındaki elektriksel çalışmasına benzer.

FET’ lerde de G ucuna uygulanan ters polarma arttıkça kanal bölgesindeki elektron ve oyuklar azalmaktadır. Bundan dolayı D-S arasında akan akımın değeri düşmektedir.

FET’ in Görevleri

FET’ in görevlerinin en başında ise anahtarlama gelir. Kapısına uygulanan kontrollü voltaj ile elektronların kolay akmasını veya zor akmasını sağlar. Bu şekilde çeşitli anahtarlama görevlerini gerçekleştirebilir.

FET karakteristiğinde ise 3 çalışma bölgesi vardır:

Aktif olmayan yani transistörün çalışmadığı bölge.
Transistörün tam verimle çalıştığı lineer bölge.
Transistörün kesime gittiği doyum bölgesi.

FET Bileşenleri

Yarı iletken bir bileşen olan FET yapısında silikon bulunur. Ancak yarı iletken teknolojisi gelişmektedir. Yarı iletken malzeme olarak silikon yerine kristal kesim teknikleri de kullanılmaktadır.

Galyum Nitrid (GaN). Silikon Karbit (SiC). Indiyum Galyum Arsenit (InGaAs) gibi malzemeler de FET bünyesinde vardır.

FET Avantajları

FET bileşeninin en büyük avantajı yüksek giriş direncidir. Bu direnç değeri yaklaşık 100 MΩ düzeyindedir.
FET, voltaj kontrollü bir cihaz ve giriş çıkış arası yüksek bir izolasyona sahiptir.
Ayrıca kutupsuz bir cihaz olması sayesinde elektronik gürültü (parazit) miktarı da azdır.
FET, BJT’ den daha az gürültülüdür.
Yüksek ısı kararlılığı vardır.
Bu nedenlerden FET çeşitleri biyomedikal sistemlerde çok kullanılır.
Akımları ısı ile fazla değişmez.
FET’ ler radyasyona karşı transistörlere oranla dayanıklıdır.
Termal kapasitesi ise BJT’ ye göre stabildir.

Dezavantajları

Bant genişliği BJT’ ye göre daha dardır.
Özellikle MOSFET çeşidi, aşırı gerilim yüklenmelerine karşı çok hassastır. Bundan dolayı kullanılırken özel kontrol gerektirirler.
Statik hasarlanma ihtimali de fazladır.
BJT’ lerin de kullanılabileceği basit devrelerde, FET’ ler BJT’ lere göre pahalı olduğu için kullanılmaz.

FET Kullanım Alanları

FET, en çok MOSFET ve CMOS teknolojilerinde karşımıza çıkar. Dijital entegre devreleri,

Analog sinyal devreleri,
Yükseltici (amplifier) devreler
IGBT gibi alanlarda da kullanılırlar.

FET’ in Keşfi

FET, Julius Edgar Lilienfeld tarafından 1926 yılında patenti alınmış ve icat edilmiştir. 1934 yılında Oskar Heil tarafından büyük geliştirmiştir. 1947 yılında Bell laboratuvarlarında ise JFET, elektrik alan etkisinin keşfi tamamlanmıştır.

FET Çeşitleri

FET elemanının birçok çeşidi vardır. Başlıca çeşitleri;

JFET: Junction-FET (Bağlantı-FET), ters ön gerilimli p-n bağlantısı ile kapı ile gövdeyi ayırıyor.
MOSFET: (Metal Oxide Semiconductor FET).
FREDFET: (Fast Recovery Epitaxial Diode-FET), özel bir FET çeşididir. Hızlı düzelme karakteristiğine sahiptir.
TFET: (Tunnel-FET), band-band arası tünelleme için özel üretim bir FET çeşididir.
IGBT: (Insulated Gate, Bipolar, Transistor). IGBT, elektronik devre elemanını sürerken mosfet gibi, iş yaparken bipolar transistör gibi davranır.
OFET: (Organic-FET), organik yarı iletken malzeme kullanan yine özel bir FET çeşididir.

Alan etkili transistör;

Jonksiyon FET (JFET) veya metal oksitli yarı iletken JFET (MOSFET) olarak yapılır ve iki guruba ayrılır. Fet transistör imalatı “n” kanallı ve “p” kanallı olmak üzere iki tipte yapılır. N kanallı JFET’ lerde iletim elektronla ile, P kanallı JFET’ lerde ise oyuklar ile gerçekleşir. FET’ ler ekonomik ve yapımı basit olduğu için kullanım alanı oldukça çok fazladır.