MESFET Transistoren: Complete gids voor prestaties en RF-toepassingen

Er bestaan variërende transistortypes op de markt, velen dienen een uniek doel. Som bieden ook speciale functies voor specifieke schakelingstoepassingen. In dit artikel bespreken we de Transistoren MESFET, een veld-effect transistor. Dit halfgeleiderapparaat kan de stroomdoorstroom door het kanaal regelen, wat het ideaal maakt voor RF-implementaties. Andere kenmerken zorgen ervoor dat het hoge prestaties bereikt. Professionals zullen de MESFET en zijn werkomstandigheden moeten begrijpen voordat ze het in schakelingen integreren. Dit artikel helpt u om nauwkeurig naar het apparaat te kijken. Laten we beginnen!

Metaal-halfgeleider Veld-effect Transistor

Schema diagram van een metaal-halfgeleider Veld-effect Transistor.

Bron: Wikimedia Commons

Een MESFET (metaal-halfgeleider Veld-effect Transistor) is identiek aan de werking en constructie van een JFET, maar met één hoofddifferentie. Over het algemeen heeft het een Schottky-knooppunt in plaats van een p-n knooppunt om de breedte van de uitgedunte regio te veranderen en de geleiding te regelen. Hiermee kunt u een MESFET implementeren in hoge-vermogen RF-schakelingstoepassingen.

Aan de andere kant kunt u ook een GaAs (Galliumarsenide) MESFET gebruiken, die een verbeterde elektronenmobiliteit heeft voor hoge frequenties. Het heeft een actieve laag en een half-isolerende substraat met lage parasitaire capaciteit. De GaAs MESFET biedt uitstekende prestaties voor toepassingen die hoge vermogen (40W) en laag vermogen vereisen. Bijvoorbeeld, dit omvat radar, satellietcommunicatie en microgolfcommunicatie.

Typen MESFET

Er bestaan twee MESFET-typen op de markt vandaag, N-kanaal en P-kanaal. De N-kanaal is echter populairder vanwege de elektronen die als laddragers fungeren. Dit type biedt ook 20 keer meer elektronenmobiliteit dan GaAs gatmobiliteit.

MESFET Constructie en Werking

Diagram van de MESFET structuur.

Bron: Wikimedia Commons

Een MESFET bevat een enkele ultradun, licht n-gedopeerde halfgeleiderlaag die als kanaal wordt aangeduid. Het kanaal is gegraveerd op een half-isolerende substraat met zwaar-gedopeerde halfgeleiders aan beide uiteinden, bekend als de bron of drain. Tegenovergesteld bedekt metaal de bovenste deel van het kanaal, wat de Schottky-knooppunt vormt, gefabriceerd tussen de twee terminals. Dit gebied vertegenwoordigt ook de gate-terminal.

Wanneer de gate ingesteld wordt op een negatief gepolariseerde toestand, regelt het de stroomdoorstroom van het kanaal. Om dat te bereiken, genereert het een laddrager-vrije uitgedunte regio dicht bij de metaalbedekte gate. In effect beperkt dit proces, genaamd laddrager kanaalbreedte modulatie, de kanaalstroom.

MESFET Symbool

Afbeelding die het MESFET symbool vertegenwoordigt.

De uitgedunte regio verbreedt in de gate-terminal. In het symbool, zoals hierboven getoond, wijst de pijl van de P-kanaal naar buiten terwijl de pijl van de N-kanaal naar binnen wijst.

MESFET Werking

Over het algemeen werkt de MESFET in twee modi, versterkingsmodus en uittrekkingsmodus:

Versterkingsmodus MESFET: In deze modus heeft de uitgedunte regio voldoende ruimte om laddragers van gate naar bron te blokkeren. Daarnaast stelt de MESFET standaard in op een uit-stand. Het ontvangt ook positieve spanning tussen de gate- en bronterminals, wat de uitgedunte regio inkrimpt. Als resultaat genereert het kanaal een stroom. Echter, een grote stroom vloeit wanneer de knooppunt van de Schottky-diode in voorwaartse polarisatie staat door de positieve gate-naar-bron spanning.

Uittrekkingsmodus MESFET: De MESFET werkt in uittrekkingsmodus wanneer de uitgedunte regio niet kan uitdijen tot de p-type substraat. Over het algemeen activeert deze modus zonder een negatieve gate-bron spanning. Na het aanbrengen van een negatieve spanning, deactiveert de MESFET uittrekkingsmodus, wat de breedte van de uitgedunte regio vergroot. Dus, het voorkomt de stroom van geladen dragers van de bron naar de drain.

MESFET Kenmerken

Een MESFET biedt hoge elektronenmobiliteit.

De belangrijkste MESFET-kenmerken zijn:

Hoge invoerimpedantie: MESFETs bieden hogere invoerimpedantie dan bipolaire transistoren vanwege het diodeknooppunt.

Oxide val preventie: In tegenstelling tot de populaire silicium MOSFET, kan een MESFET oxide vallen voorkomen.

Hoge geometriecontrole niveau: Daarnaast biedt MESFET verbeterde kanaallengtecontrole ten opzichte van de JFET. Een hoge geometriecontrole verbetert de prestaties van het product, waardoor kleine geometrieën voor RF radiofrequenties mogelijk zijn.

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

Negatieve temperatuurcoëfficiënt: De MESFET kan thermische problemen voorkomen door zijn negatieve temperatuurcoëfficiënt.

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

Toepassingen van MESFET

GSM telefoons bevatten vaak een MESFET.

MESFETs integreren in veel toepassingen, waaronder:

• GSM telefoons
• Microgolfschakelingen
• Satellietcommunicatie
• RF versterkers
• Radar
• Hoogfrequente apparaten
• Commerciële opto-elektronica
• MESFET voor- en nadelen

Een MESFET Biedt Sommige Duidelijke Voordelen Samen met Eén Hoofdnadeel:

Voordelen:

• Hoogfrequente werking
• Ontworpen zonder een oxidelag om oxide vallen te voorkomen
• Hoge geometriecontrole niveau
• Hoge invoerimpedantie

Nadelen:

• De GaAs Schottky-diode's inschakelspanning is ingesteld op 0,7V. Als resultaat moet de drempelspanning minder dan deze waarde zijn. Als resultaat zal deze functie het moeilijk maken om schakelingen te produceren die versterkingsmodus MESFETs vereisen.
  

MESFET vs. MOSFET

Afbeelding van een MOSFET geïntegreerd op een schakeling.

Bron: Wikimedia Commons

Het hoofdverschil tussen een MESFET en MOSFET betreft hun operationele mogelijkheden. In dit geval stelt een MOSFET in op de uit-stand totdat de gate spanning ontvangt die hoger is dan de drempel. Tussenzeitelijk blijft de MESFET standaard aan totdat het een omgekeerde spanning ontvangt.

Samenvatting

Over het algemeen heeft een MESFET een gate, bron en drain terminal, vergelijkbaar met een JFET. Plus, de gate-terminal fungeert als de Schottky-knooppunt, die bestaat uit een metaalcoating. Deze regio controleert de breedte van de uitgedunte zone wanneer het apparaat activeert of deactiveert. Een dergelijke configuratie maakt de transistor ook anders dan JFETs, die vertrouwen op een p-n knooppunt. Bovendien kunt u een GaAs MESFET integreren op schakelingen die hogere frequenties vereisen.

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