Tranzystor polowy został wynaleziony przez W. Shockley'a w połowie 20-tego wieku. W opisie jego konstrukcji występują dwie elektrody, źródło i dren, połączone kanałem z półprzewodnika. Brzegi tego kanału, w jego tranzystorach polowycyh tworzą złącza diod p-n. Stąd nazwa tranzystor polowy złączowy JFET (Junction Field Effect Transistor). Zasada działania takiego tranzystora polega na modulacji szerokości kanału przewodzącego przez zmianę grubości obszarów zubożonych wspomianych wyżej złącz p-n. Napięcie na trzeciej elektrodzie tego tranzystora - bramce pozwala zmieniać grubość obszarów zubożonych złącz p-n, a poprzez to szerokość kanału. Przy napięciu pomiędzy bramką a źródłem równym napięciu progowemu - Up cały kanał zostaje wchłonięty przez obszary zubożone i prąd pomiędzy źródłem a drenem przestaje płynąć. Możliwość włączania i wyłączania prądu w obwodzie jest wykorzystywana do budowy układów logicznych.

Następna wersja tranzystora FET to tak zwany MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Tranzystor ten nie posiada złącz p-n. Zamiast nich są tam metalowe elektrody odizolowane od kanału cienką warstwą tlenku krzemu - kwarcu. Tak samo jak w tranzystorach polowych złączowych sterowanie prądem płynącym przez kanał odbywa się poprzez zmiany napięcia pomiędzy źródłem a bramką. Mechanizm zmieniania tego prądu jest również podobny. Metalowe elektrody bramki odpychają lub przyciągają nośniki prądu z kanału. Gdy odpychają je kanał staje się węższy, gdy przyciągają kanał się poszerza. Również i dla tego typu tranzystora istnieje napięcie progowe, przy którym szerokość kanału maleje do zera i prąd pomiędzy źródłem i drenem przestaje płynąć.

Tranzystor polowy z kanałem z metalu.

Kolejną wersją tranzysora polowego powinna być, moim zdaniem, konstrukcja z kanałem z metalu. Kanał ten, tak samo jak w tranzystorze MOS, powinien być odizolowany od elektrod bramki cienką warstwą izolacji np. tlenku krzemu. Nośniki prądu w kanale - elektrony są przy ujemnym napięciu na bramce odpychane - kanał się zwęża, a przy dodatnim napięciu przyciągane - kanał jakby się poszerzał.

Pomysł jest prosty, istnieją natomiast bariery technologiczne, których pokonanie umożliwi wykonanie tranzystorów polowych z kanałem z metalu MCFET (Metal Channel Field Effect Transistor). Ilość elektronów swobodnych w metalu jest równa ilości atomów w metalu pomnożonej przez ilość elektronów na zewnętrznej powłoce pierwiastka, z którego wykonany jest kanał. Aby móc zamykać kanał należy je wszystkie usunąć. Ilość ta jest o wiele rzędów większa niż nośników w półprzewodniku.

Wnioski z tego są następujące:

1. Metalowy kanał tranzystora polowego powinien być wielokrotnie węższy niż kanał z półprzewodnika.
2. Metal użyty do wykonania tegoż kanału powinien pochodzić z pierwszej grupy pierwiastków układu okresowego tzn. metali z jednym elektronem na zewnętrznej (walencyjnej) powłoce.

Poniżej pozwolę sobie obliczyć grubość kanału dla tranzystora o napięciu progowym Ut=-5V wykonanego z pierwiastka z pierwszej grupy układu okresowego np. wodoru i izolacji wykonanej z tlenku krzemu.

W obliczeniach przyjmuję:

• dSiO2=70 - nm grubość tlenku izolacji;
• ESiO2=4,5 - względna przenikalność elektrczna SiO2;
• Eo=8.85e-12 F/m - przenikalność elektryczna próżni;
• Eh=1 - względna przenikalność elektryczna warstwy opróżnionej wodoru (w mnożeniach do pominięcia);
• a=0,543 nm - stała sieci;
• e=-1,6e-19 - C ładunek elektronu;
• Ut= 5 V - napięcie progowe.

Tranzystor traktuję (w kierunku bramka- kanał - bramka) jako szeregowe połączenie kondensatorów: tlenku bramki i warstwy ładunku przestrzennego w kanale. Wobec powyższych założeń wyprowadziłem następujący wzór na grubość kanału dc:

dc=2*(-dSiO2/ESiO2+(((dSiO2/ESiO2)^2)+2*2^(1/2)*Eo*(a^3)*Ut/(-e))^(1/2)).

W obliczeniach otrzymałem dc=0,008 nm, co stanowi ułamek grubości jednej warstwy atomowej.

Wynik skomentuję jako zaniżony, bądź to wskutek mylnych przyjętych danych, bądź nie uwzględnienia równania Poissona i grubości ładunku przestrzenego w metalowych elektrodach bramki.