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JFET vs MOSFET : les différences expliquées

Ce sont deux transistors à effet de champ dans lesquels une tension de grille commande le courant entre source et drain. Dans un MOSFET, la grille est isolée par une couche d'oxyde. Dans un JFET, la grille est une jonction PN polarisée en inverse qui pince le canal. Le JFET est donc normalement passant et présente un très faible bruit, tandis que la grille isolée du MOSFET ne consomme presque aucun courant et permet de l'intégrer bien plus facilement par milliards.

CritèreJFETMOSFET
Structure de grilleUne jonction PN, qui doit rester polarisée en inverseUne grille métallique séparée du canal par un oxyde mince
État par défautNormalement passant (mode déplétion) : la tension de grille pince le canalGénéralement normalement bloqué (mode enrichissement) ; des types à déplétion existent aussi
Courant de grilleFaible courant de fuite inverse ; il augmente fortement si la grille est polarisée en directQuasi nul en régime établi, grâce à l'isolant
Impédance d'entréeÉlevéeTrès élevée
BruitFaible bruit, en particulier à basse fréquenceBruit basse fréquence (1/f) plus élevé
Robustesse aux ESDMeilleure, car il n'y a pas d'oxyde de grille mince susceptible de claquerSensible : l'oxyde de grille peut être détruit par une décharge électrostatique
IntégrationRarement utilisé pour l'intégration à grande échelleLa base du CMOS : des milliards de transistors par puce
Usages typiquesPréamplificateurs à faible bruit, étages d'entrée d'amplificateurs opérationnels, étages d'entrée audio et RF, commutateurs analogiquesLogique numérique, mémoire, commutation de puissance et la plupart des circuits intégrés modernes

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

JFET
Lorsque le faible bruit et une impédance d'entrée élevée comptent dans un étage d'entrée analogique, comme un préamplificateur de microphone ou de capteur.
MOSFET
Pour presque tout le reste : circuits numériques, commutation de puissance et tout ce qui doit être intégré à grande échelle.

Questions fréquentes

Pourquoi un JFET est-il normalement passant ?

Son canal existe sans tension de grille, et une jonction de grille polarisée en inverse le pince jusqu'à le fermer. C'est le comportement en mode déplétion.

Lequel a le plus faible bruit, un JFET ou un MOSFET ?

Un JFET, en particulier à basse fréquence, c'est pourquoi il est utilisé dans les étages d'entrée des préamplificateurs à faible bruit.

Pourquoi un MOSFET est-il plus sensible à l'électricité statique ?

Son oxyde de grille mince peut être détruit par une décharge électrostatique. Un JFET n'a pas d'oxyde de grille susceptible de claquer.

Pourquoi utilise-t-on des MOSFET plutôt que des JFET dans les circuits intégrés ?

La grille isolée ne consomme presque aucun courant, et les MOSFET sont faciles à miniaturiser et à réaliser en paires complémentaires (CMOS) : des milliards tiennent donc sur une seule puce.

Vérifier vos connaissances

Quelle est la condition de mise en conduction d’un MOSFET à canal n à enrichissement ? (VGS : tension grille-source, Vth : tension de seuil)

  1. AVGS vaut 0 V
  2. BVGS est supérieure à Vth
  3. CVGS est une tension négative
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Réponse : B. VGS est supérieure à Vth

Dans un nMOSFET à enrichissement, une tension positive supérieure à Vth appliquée à la grille attire des électrons à la surface du substrat de type p et forme une couche d’inversion (canal), ce qui permet le passage du courant entre source et drain. À VGS = 0 V, il n’y a pas de canal et le transistor est bloqué ; même grille flottante, le courant passe difficilement (normalement bloqué), ce qui convient à la sûreté des circuits logiques et des applications de puissance. Vth vaut typiquement 0.2 à 0.4 V en logique avancée et 1 à 4 V environ en puissance.

Quelle est la caractéristique d’un MOSFET à appauvrissement ?

  1. AIl n’a pas de grille
  2. BUn canal existe et un courant circule même à une tension de grille de 0 V
  3. CAucun courant ne circule même pour une tension de grille supérieure à la tension de seuil
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Réponse : B. Un canal existe et un courant circule même à une tension de grille de 0 V

Le MOSFET à appauvrissement possède un canal préformé et conduit même à une tension de grille de 0 V (normalement passant). Pour un canal n, une tension de grille négative supprime le canal et coupe le courant. Il servait d’élément de charge dans les premières logiques NMOS. Comme il conduit même lorsque l’alimentation est coupée, il demande des précautions de sûreté ; les HEMT GaN sont aussi intrinsèquement normalement passants, et des structures particulières sont conçues pour les rendre normalement bloqués.

Quel avantage de circuit découle du fait que la grille d’un MOSFET n’est pratiquement parcourue par aucun courant ?

  1. ALa commande de la grille exige un fort courant continu
  2. BLa vitesse de commutation ne dépend plus de la capacité de grille
  3. CLe courant d’entrée est quasi nul, et pratiquement aucune puissance continue n’est nécessaire pour maintenir l’état
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Réponse : C. Le courant d’entrée est quasi nul, et pratiquement aucune puissance continue n’est nécessaire pour maintenir l’état

La grille d’un MOSFET étant séparée par un isolant, le courant d’entrée continu nécessaire pour maintenir l’état est quasi nul. Une seule sortie peut donc commander de nombreuses grilles, et la consommation au repos des circuits CMOS est très faible. C’est aussi grâce à cette grille isolée que la DRAM et la mémoire flash conservent leur charge. Toutefois, chaque commutation fait circuler le courant de charge et de décharge de la capacité de grille ; plus la fréquence est élevée, plus la puissance de commande augmente.

  1. Quelle destruction peut survenir si l’on applique entre grille et source d’un MOSFET une tension dépassant largement la valeur nominale ?
  2. Quel est le comportement d’un MOSFET en régime linéaire, lorsque la tension drain-source VDS est suffisamment faible ?
  3. Quels porteurs transportent le courant dans le canal d’un MOSFET à canal n ?

Questions d'entraînement sur MOSFET

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