Dispositivo FET reconfigurable con dopado dual para uso en aplicaciones de baja potencia

Los transistores de efecto campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) son una parte esencial de casi cualquier componente electrónico hoy día. En la actualidad, más del 90% de la electrónica de consumo que se fabrica emplea la tecnología CMOS (Complementary MOS), que permite acoplar dos transistores MOSFET complementarios (de canal N y canal P) simultáneamente. 

El objeto de estudio de los últimos años ha estado enfocado al desarrollo de transistores reconfigurables (R-FET, Reconfigurable FET) [1, 2], que destacan por combinar ambos tipos de transistores (N, con portador de carga electrón, y P, con portador de carga hueco) y permiten modular la polaridad (N o P) en cada momento, reduciendo así el número de componentes necesarios. La modulación de la polaridad en este tipo de transistores se ha conseguido tradicionalmente mediante el uso de estructuras metal-semiconductor, denominadas uniones Schottky. Sin embargo, la baja corriente de salida de estos dispositivos y su bajo rendimiento, los hacen inviables para aplicaciones de baja potencia [3]. 

Para solucionar esos problemas, se ha desarrollado un nuevo dispositivo FET reconfigurable [4, 5] que utiliza regiones dopadas tipo N y P como fuente y drenador simultáneamente, lo que permite solventar las principales limitaciones de los dispositivos R-FET tradicionales. La estructura del dispositivo propuesto se basa en un doble dopaje de manera que, tanto fuente como drenador, presentan dos porciones diferenciadas para cada tipo de dopado (N y P). Esta configuración dual permite obtener una alta inyección para ambas polaridades sin recurrir al contacto Schottky. 

La eliminación de uniones metal-semiconductor en este dispositivo mediante la alternativa de uniones semiconductor-semiconductor provoca un incremento sustancial de la corriente obtenida, desde 30 a  2500 veces según simulaciones conservadoras TCAD [4]. 
Esta tecnología, además de facilitar la fabricación de estos transistores, proporciona una mejora en el rendimiento de los dispositivos R-FET convencionales, convirtiéndolos en una opción para aplicaciones de baja potencia. 

Referencias adicionales

[1] A. Heinzig, S. Slesazeck, F. Kreupl, T. Mikolajick and W. M. Weber, “Reconfigurable Silicon Nanowire Transistors”, Nano Lett., 12(1), pp. 119-124, 2012. doi: 10.1021/nl203094h.

[2] J. Trommer and A. Heinzig and S. Slesazeck and T. Mikolajick and W.M. Weber, “Elementary Aspects for Circuit Implementation of Reconfigurable Nanowire Transistors”, IEEE Electron Device Lett., 35(1), pp. 141-143, 2014. doi: 10.1109/LED.2013.2290555.

[3] C. Navarro, S. Barraud, S. Martinie, J. Lacord, M.-A. Jaud and M. Vinet, “Reconfigurable field effect transistor for advanced CMOS: Advantages and limitations”, Solid-State Electron., 128, pp. 155-162, 2017. doi: 10.1016/j.sse.2016.10.027. 

[4] Carlos Navarro, Carlos Márquez, Santiago Navarro y Francisco Gámiz ,“Dual PN Source/Drain Reconfigurable FET for Fast and Low-Voltage Reprogrammable Logic”, IEEE Access, 8(2), pp.  132376-132381. DOI:10.1109/ACCESS.2020.3009967.

[5] Carlos Navarro, Carlos Márquez, Santiago Navarro y Francisco Gámiz, “Dispositivo FET reconfigurable con dopado dual”, solicitud de patente nº P202030318, 20 abril, 2020.