Tiedot

MESFET & GaAs FET

MESFET & GaAs FET

MESFET on korkean suorituskyvyn kenttätransistori, jota käytetään pääasiassa vaativiin mikroaaltosovelluksiin sekä hiljaisena signaalivahvistimena että suuritehoisemmissa RF-piireissä.

Lyhenne MESFET on lyhenne sanoista MEtal-Semiconductor Field Effect Transistor ja yleisimmin käytetty muoto on GaAsFET, joka on valmistettu käyttämällä III-IV-puolijohdemateriaalia galliumarsenidia.

GaAs FET / MESFET -rakenne

MESFET-rakenne on hyvin samanlainen kuin risteys FET tai JFET. Kuten MESFET: n nimi osoittaa, sillä on metallikontakti suoraan piiin, ja tämä muodostaa Schottky-estodiodiliitoksen. Sellaisena Schottky-diodia käytetään käänteisenä esijännitettynä diodina samalla tavalla kuin JFET. Tärkein ero on, että Schottky-diodi muodostaa paljon pienemmän diodin.

Materiaali, jota käytetään, voi olla piitä tai muita puolijohdemuotoja. Kuitenkin materiaali, jota käytetään eniten, on galliumarsenidi GaAs. Galliumarsenidi valitaan normaalisti sen erinomaisen elektronien liikkuvuuden takia, joka mahdollistaa erinomaisen korkean taajuuden toiminnan.

Puolijohdelaitteen substraatti on puolieristävä matalalle loiskapasitanssille, ja sitten aktiivinen kerros kerrostetaan epitaksiaalisesti. Tuloksena oleva kanava on tyypillisesti alle 0,2 mikronia paksu.

Dopingiprofiili on normaalisti epätasainen porttiin kohtisuorassa suunnassa. Tämä tekee laitteesta, jolla on hyvä lineaarisuus ja hiljainen ääni. Suurinta osaa laitteista tarvitaan nopeaan toimintaan, ja siksi käytetään n-kanavaa, koska elektronien liikkuvuus on paljon suurempi kuin rei'illä, jotka olisivat läsnä p-kanavassa.

Porttikontaktit voidaan valmistaa useista materiaaleista, kuten alumiinista, titaani- platina-kulta-kerroksisesta rakenteesta, itse platinasta tai volframista. Ne tarjoavat korkean suojakorkeuden, mikä puolestaan ​​vähentää vuotovirtaa. Tämä on erityisen tärkeää parannustilan laitteille, jotka vaativat eteenpäin suuntautuneen liitoksen.

Portin pituuden ja syvyyden suhde on tärkeä, koska se määrää useita suorituskykyparametreja. Tyypillisesti se pidetään noin neljässä, koska loisten vasteiden, nopeuden ja lyhyiden kanavaefektien välillä on kompromissi.

Lähde- ja tyhjennysalueet muodostetaan ioni-implantilla. GaAs MESFET -laitteiden tyhjennyskontaktit ovat yleensä AuGe - kulta-germaaniseos.

MESFET-laitteissa käytetään kahta päärakennetta:

MESFET-käyttö

Kuten muillakin kenttätransistoreilla, GaAs Fetillä tai MESFETillä on kaksi muotoa, joita voidaan käyttää:

  • Parannustila MESFET: Parannustilassa MESFETissä tyhjennysalue on riittävän leveä puristamaan kanava irti ilman jännitettä. Siksi parannustila MESFET on luonnollisesti "POIS". Kun portin ja lähteen väliin syötetään positiivinen jännite, tyhjennysalue kutistuu ja kanava muuttuu johtavaksi. Valitettavasti positiivinen portti-lähde-jännite asettaa Schottky-diodin eteenpäin esijännitteeseen, jossa suuri virta voi virrata.
  • Tyhjennystila MESFET: Jos ehtymisalue ei ulotu kokonaan p-tyyppiseen substraattiin, MESFET on ehtymismoodin MESFET. Virtatilan MESFET on johtava tai "PÄÄLLÄ", kun portista lähteeseen -jännitettä ei käytetä, ja se kytketään "POIS", kun hila-lähde-jännite on negatiivinen, mikä lisää tyhjennysalueen leveyttä siten, että se "puristaa" kanavan.

MESFET / GaAsFET-ominaisuudet

MESFETiä käytetään monissa RF-vahvistinsovelluksissa. Sitä käytetään monissa RF- ja mikroaaltosovelluksissa, joissa sen ominaisuudet antavat sille etulyöntiaseman muihin tekniikoihin nähden.

Joitakin tärkeimpiä ominaisuuksia ovat:

  • Suuri elektronien liikkuvuus: Galliumarsenidin tai muiden korkean suorituskyvyn puolijohdemateriaalien käyttö tarjoaa korkean elektroniliikkuvuuden, jota tarvitaan korkean suorituskyvyn radiosovelluksissa. MESFET-puolijohdetekniikka on mahdollistanut vahvistimet, jotka käyttävät näitä laitteita, jotka voivat toimia jopa 50 GHz ja enemmän, ja jotkut jopa 100 GHz taajuuksille.
  • Matala kapasitanssitaso: Schottky-diodihyllyn rakenne johtaa hyvin mataliin hajakapasitanssitasoihin, jotka antavat erinomaisen radiotaajuuden ja mikroaaltotehon.
  • Suuri tuloimpedanssi: MESFETillä on paljon suurempi tulo verrattuna bipolaarisiin transistoreihin johtamattoman diodiliitoksen seurauksena.
  • Negatiivinen lämpötilakerroin: MESFET / GaAs FET: llä on negatiivinen lämpötilakerroin, joka estää joitain muiden transistoreiden kanssa kokeneista lämpöongelmista.
  • Oksidilukkojen puute: Verrattuna yleisempään pii-MOSFETiin, GaAs FET: llä tai MESFETillä ei ole oksidilukkoihin liittyviä ongelmia.
  • Korkea geometrian hallinta: MESFETillä on parempi kanavan pituuden hallinta kuin JFET: llä. Syynä tähän on se, että JFET vaatii diffuusioprosessin portin luomiseksi, ja tämä prosessi on kaukana tarkkaan määritellystä. GaAS FET / MESFET: n tarkemmat geometriat tarjoavat paljon paremman ja toistettavamman tuotteen, ja tämä mahdollistaa hyvin pienten, RF-mikroaaltotaajuuksille soveltuvien geometrioiden huomioon ottamisen.

Monissa suhteissa GaAs-tekniikka on vähemmän kehittynyttä kuin pii. Piin tekniikkaan kohdistuvat valtavat investoinnit tarkoittavat, että piitekniikka on paljon halvempaa. GaAs-tekniikka voi kuitenkin hyötyä monesta kehityksestä, ja sitä on helppo käyttää integroitujen piirien valmistusprosesseissa.

GaAs FET / MESFET käytössä

GaAs FET / MESFET -laitetta käytetään laajalti RF-vahvistimena. Laitteen pienet geomuodot ja muut näkökohdat tekevät siitä ihanteellisen tässä sovelluksessa.

Piirit käyttivät normaalisti noin 10 voltin syöttöjännitteitä. Esijännitysjärjestelyjä suunniteltaessa on kuitenkin noudatettava suurta varovaisuutta, koska jos virta kulkee portin risteyksessä, se tuhoaa GaAS FET: n.

Vastaavasti on oltava varovainen käsiteltäessä laitteita, koska ne ovat erittäin herkkiä staattisille. Jopa alle 100 voltin staattiset jännitteet voivat tuhota liitoksen.

Tämän lisäksi, kun sitä käytetään RF-vahvistimena, joka on kytketty antenniin, laite on suojattava staattiselta sähkömyrskyltä.

Jos näitä varotoimia noudatetaan, GaAs FET tai MESFET toimivat erittäin hyvin tarjoamalla korkean taajuuden suorituskyvyn yhdessä matalan melun ja korkean hyötysuhteen kanssa.


Katso video: MESFET! Metal Semiconductors Field Effect Transistors!Design of MMIC SPST SWITCH USING GaAs MESFET (Tammikuu 2022).