Transistors MESFET:alles wat je moet weten

Er zijn verschillende typen transistoren op de markt, waarvan er vele een uniek doel dienen. Sommige bieden ook speciale functies voor specifieke circuittoepassingen. In dit artikel bespreken we de Transistors MESFET, een veldeffecttransistor. Dit halfgeleiderapparaat kan de stroom door het kanaal regelen, waardoor het ideaal is voor RF-implementaties. Andere kenmerken zorgen er ook voor dat het hoge prestaties levert. Professionals moeten de MESFET en zijn werkomstandigheden begrijpen voordat ze deze in circuits kunnen integreren. Dit artikel helpt u het apparaat van dichtbij te bekijken. Dus laten we beginnen!

Metaal-halfgeleider Dield-effect transistor

Schema van een metaal-halfgeleider veldeffecttransistor.

Bron:Wikimedia Commons

Een MESFET (metal-halfgeleider Field Effect Transistor) is identiek aan de werking en constructie van een JFET, maar met één belangrijk verschil. Over het algemeen heeft het een Schottky-overgang in plaats van een pn-overgang om de breedte van het uitputtingsgebied te veranderen en de geleiding te regelen. Met dit in gedachten kunt u een MESFET implementeren in toepassingen met hoogvermogen RF-circuits.

Aan de andere kant kunt u ook een GaAs (Galliumarsenide) MESFET gebruiken, die de elektronenmobiliteit voor hoge frequenties heeft verbeterd. Het heeft een actieve laag en een semi-isolerend substraat met een lage parasitaire capaciteit. De GaAs MESFET levert uitstekende prestaties voor toepassingen die een hoog vermogen (40W) en een laag vermogen vereisen. Dit omvat bijvoorbeeld radar-, satellietcommunicatie en microgolfcommunicatie.

Soorten MESFET

Er zijn momenteel twee MESFET-typen op de markt, N-kanaal en P-kanaal. Het N-kanaal is echter populairder vanwege de op elektronen werkende ladingsdragers. Dit type biedt ook 20 keer meer elektronenmobiliteit dan GaAs-gatmobiliteit.

MESFET constructie en werken

Diagram met de MESFET-structuur.

Bron:Wikimedia Commons

Een MESFET bevat een enkele ultradunne, licht n-gedoteerde halfgeleiderlaag die een kanaal wordt genoemd. Het kanaal graveert op een semi-isolerend substraat met zwaar gedoteerde halfgeleiders aan beide uiteinden, bekend als de source of drain. Ondertussen bedekt metaal het bovenste gedeelte van het kanaal, dat de Schottky-overgang vormt, gefabriceerd tussen de twee terminals. Dit gebied vertegenwoordigt ook de gate-terminal.

Wanneer de poort in een negatief vooringenomen toestand komt, regelt deze de stroom van het kanaal. Om dat te bereiken, zal het een uitputtingsgebied zonder ladingsdragers genereren dicht bij de met metaal beklede poort. In feite beperkt dit proces, dat carrier-kanaalbreedtemodulatie wordt genoemd, de kanaalstroom.

MESFET-symbool

Afbeelding die het MESFET-symbool vertegenwoordigt.

Het uitputtingsgebied wordt breder in de gate-terminal. In het symbool, zoals hierboven weergegeven, wijst de pijl van het P-kanaal naar buiten terwijl de pijl van het N-kanaal naar binnen wijst.

MESFET-operatie

Over het algemeen werkt de MESFET in twee modi, verbeterings- en uitputtingsmodus:

Verbetermodus MESFET: In deze modus heeft het uitputtingsgebied voldoende ruimte om ladingsdragers van gate tot source af te sluiten. Bovendien wordt de MESFET standaard uitgeschakeld. Het ontvangt ook een positieve spanning tussen de gate- en source-aansluitingen, waardoor het uitputtingsgebied kleiner wordt. Hierdoor genereert het kanaal een stroom. Er vloeit echter een grote stroom wanneer de kruising van de Schottky-diode op voorwaartse bias gaat vanwege de positieve gate-to-source-spanning.

Uitputtingsmodus MESFET: De MESFET werkt in de uitputtingsmodus wanneer het uitputtingsgebied niet uitzet naar het p-type substraat. Over het algemeen wordt deze modus geactiveerd zonder een negatieve gate-source-spanning. Na het aanleggen van een negatieve spanning, wordt de MESFET-uitputtingsmodus gedeactiveerd, waardoor de breedte van het uitputtingsgebied groter wordt. Zo verhindert het de stroom van geladen dragers van de bron naar de afvoer.

MESFET-kenmerken

Een MESFET zorgt voor een hoge elektronenmobiliteit.

De belangrijkste MESFET-kenmerken zijn onder meer:

Hoge ingangsimpedantie: MESFET's bieden een hogere ingangsimpedantie dan bipolaire transistoren vanwege de diodeovergang.

Voorkoming van oxideval: In tegenstelling tot de populaire silicium MOSFET, kan een MESFET oxidevallen voorkomen.

Hoog regelniveau geometrie: Bovendien biedt MESFET verbeterde kanaallengteregeling in vergelijking met de JFET. Een hoge geometrieregeling verbetert de prestaties van het product, waardoor kleine geometrieën voor RF-radiofrequenties mogelijk zijn.

Lage capaciteit: Over het algemeen biedt een Schottky-diodepoortstructuur lage capaciteitsniveaus, ideaal voor RF- en microgolftoepassingen.

Negatieve temperatuurcoëfficiënt: De MESFET kan thermische problemen voorkomen vanwege de negatieve temperatuurcoëfficiënt.

Hoge elektronenmobiliteit: Versterkers met MESFET-halfgeleidertechnologie, die een hoge elektronenmobiliteit biedt, werken op frequenties tussen 50 GHz en 100 GHz.

Toepassingen van MESFET

Mobiele telefoons hebben meestal een MESFET.

MESFET's kunnen in veel toepassingen worden geïntegreerd, waaronder:

• Mobiele telefoons
• Magnetroncircuits
• Satellietcommunicatie
• RF-versterkers
• Radar
• Hoge frequentie apparaten
• Commerciële opto-elektronica
• MESFET-voor- en nadelen

EEN MESFET biedt enkele duidelijke voordelen, samen met één belangrijk nadeel:

Voordelen:

• Hoge frequentie werking
• Ontworpen zonder oxidelaag om oxidevallen te voorkomen
• Hoog regelniveau geometrie
• Hoge ingangsimpedantie

Nadelen:

• De inschakelspanning van de GaAs Schottky-diode wordt ingesteld op 0,7 V. Als gevolg hiervan moet de drempelspanning lager zijn dan deze waarde. Als gevolg hiervan zal deze functie het moeilijk maken om circuits te produceren die MESFET's met verbeterde modus vereisen.
  

MESFET versus MOSFET

Afbeelding van een MOSFET geïntegreerd in een circuit.

Bron:Wikimedia Commons

Het belangrijkste verschil tussen een MESFET en MOSFET betreft hun operationele mogelijkheden. In dit geval wordt een MOSFET in de uit-stand gezet totdat zijn poort een spanning ontvangt die hoger is dan de drempel. Ondertussen blijft de MESFET standaard ingeschakeld totdat deze een sperspanning krijgt.

Samenvatting

Over het algemeen heeft een MESFET een poort-, source- en drain-terminal, vergelijkbaar met een JFET. Bovendien dient de gate-terminal als de Schottky-junction, die bestaat uit een metalen coating. Dit gebied regelt de breedte van de uitputtingszone wanneer het apparaat wordt geactiveerd of gedeactiveerd. Een dergelijke configuratie maakt de transistor ook anders dan JFET's, die afhankelijk zijn van een pn-overgang. Bovendien kunt u een GaAs MESFET integreren op circuits die hogere frequenties vereisen.

Heeft u vragen over de MESFET? Neem gerust contact met ons op!