Auf dem Markt gibt es unterschiedliche Transistortypen, von denen viele einem einzigartigen Zweck dienen. Einige bieten auch spezielle Funktionen für bestimmte Schaltungsanwendungen. In diesem Artikel diskutieren wir die Transistoren MESFET, einen Feldeffekttransistor. Dieses Halbleiterbauelement kann den Stromfluss durch den Kanal steuern und ist somit ideal für HF-Implementierungen geeignet. Andere Eigenschaften sorgen auch dafür, dass es eine hohe Leistung erreicht. Fachleute müssen den MESFET und seine Arbeitsbedingungen verstehen, bevor sie ihn in Schaltkreise integrieren. Dieser Artikel hilft Ihnen, das Gerät genau unter die Lupe zu nehmen. Also lasst uns loslegen!
Metall-Halbleiter Dield-Effekt-Transistor
Schematische Darstellung eines Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistors.
Quelle: Wikimedia Commons
Ein MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) ist identisch mit dem Betrieb und der Konstruktion eines JFET, jedoch mit einem Hauptunterschied. Im Allgemeinen verfügt es über einen Schottky-Übergang anstelle eines p-n-Übergangs, um die Breite des Erschöpfungsbereichs und die Kontrollleitung zu verändern. In diesem Sinne können Sie einen MESFET in Hochleistungs-HF-Schaltungsanwendungen implementieren.
Auf der anderen Seite können Sie auch einen GaAs (Galliumarsenid) MESFET verwenden, der die Elektronenbeweglichkeit für hohe Frequenzen verbessert hat. Es verfügt über eine aktive Schicht und ein halbisolierendes Substrat mit geringer parasitärer Kapazität. Der GaAs MESFET bietet eine hervorragende Leistung für Anwendungen, die eine hohe Leistung (40 W) und einen geringen Stromverbrauch erfordern. Dazu gehören beispielsweise Radar, Satellitenkommunikation und Mikrowellenkommunikation.
Arten von MESFET
Es gibt heute zwei MESFET-Typen auf dem Markt, N-Kanal und P-Kanal. Der N-Kanal ist jedoch aufgrund seiner Elektronen, die Ladungsträger wirken, beliebter. Dieser Typ bietet auch eine 20-mal höhere Elektronenbeweglichkeit als GaAs-Lochmobilität.
MESFET Konstruktion und Arbeiten
Diagramm mit der MESFET-Struktur. Quelle: Wikimedia Commons
Ein MESFET enthält eine einzelne ultradünne, leicht n-dotierte Halbleiterschicht, die als Kanal bezeichnet wird. Der Kanal graviert auf einem halbisolierenden Substrat mit stark dotierten Halbleitern an beiden Enden, die als Quelle oder Drain bezeichnet werden. In der Zwischenzeit bedeckt Metall den oberen Teil des Kanals, der die Schottky-Verbindung bildet, die zwischen den beiden Terminals hergestellt wird. Dieser Bereich stellt auch das Gate-Terminal dar.
Wenn das Gate auf eine negativ verzerrte Bedingung umstellt, steuert es den Stromfluss des Kanals. Um dies zu erreichen, wird es eine Ladungsträger-freie Erschöpfungsregion in der Nähe des metallbeschichteten Tores erzeugen. In der Tat schränkt dieser Prozess, der als Trägerkanalbreitenmodulation bezeichnet wird, den Kanalstrom ein.
MESFET-Symbol
Der Erschöpfungsbereich weitet sich im Gate-Terminal aus. Im Symbol, wie oben gezeigt, zeigt der Pfeil des P-Kanals nach außen, während der Pfeil des N-Kanals nach innen zeigt.
MESFET-Betrieb
Insgesamt arbeitet der MESFET in zwei Modi, dem Enhancement- und dem Depletion-Modus:
Erweiterungsmodus MESFET: In diesem Modus hat die Depletionsregion genügend Platz, um Ladungsträger von Gate zu Quelle zu blockieren. Darüber hinaus wird der MESFET standardmäßig auf den Status „Aus“ gesetzt. Es empfängt auch positive Spannung zwischen dem Gate und den Quellklemmen, wodurch der Erschöpfungsbereich schrumpft. Infolgedessen erzeugt der Kanal einen Strom. Ein großer Strom fließt jedoch, wenn die Sperrschicht der Schottky-Diode aufgrund der positiven Gate-to-Source-Spannung eine Vorwärtsvorspannung aufweist.
Erschöpfungsmodus MESFET: Der MESFET arbeitet im Depletion-Modus, wenn sich der Depletionsbereich nicht auf das p-Typ-Substrat ausdehnt. Im Allgemeinen wird dieser Modus ohne negative Gate-Source-Spannung aktiviert. Nach dem Anlegen einer negativen Spannung deaktiviert sich der MESFET-Erschöpfungsmodus, wodurch die Breite des Erschöpfungsbereichs erhöht wird. So verhindert es den Fluss geladener Träger von der Quelle zum Abfluss.
Transistoren MESFET:MESFET Eigenschaften
Ein MESFET bietet eine hohe Elektronenbeweglichkeit.
Zu den wichtigsten MESFET-Merkmalen gehören:
Hohe Eingangsimpedanz: MESFETs bieten aufgrund des Diodenübergangs eine höhere Eingangsimpedanz als Bipolartransistoren.
Vermeidung von Oxidfallen: Im Gegensatz zum beliebten Silizium-MOSFET kann ein MESFET Oxidfallen verhindern.
Hohe Geometrie-Steuerungsebene: Darüber hinaus bietet MESFET im Vergleich zum JFET eine verbesserte Kanallängenregelung. Eine hohe Geometriesteuerung verbessert die Leistung des Produkts und ermöglicht kleine Geometrien für HF-Funkfrequenzen.
Geringe Kapazität: Insgesamt bietet eine Schottky-Dioden-Gate-Struktur niedrige Kapazitätsniveaus, ideal für HF- und Mikrowellenanwendungen.
Negativer Temperaturkoeffizient: Der MESFET kann aufgrund seines negativen Temperaturkoeffizienten das Auftreten von thermischen Problemen verhindern.
Hohe Elektronenbeweglichkeit: Verstärker mit MESFET-Halbleitertechnologie, die eine hohe Elektronenbeweglichkeit bietet, arbeiten mit Frequenzen zwischen 50 GHz und 100 GHz.
Transistoren MESFET:Anwendungen von MESFET
Mobiltelefone verfügen in der Regel über einen MESFET.
MESFETs lassen sich in viele Anwendungen integrieren, darunter:
Handys
Mikrowellenschaltungen
Satellitenkommunikation
HF-Verstärker
Radar
Hochfrequenzgeräte
Kommerzielle Optoelektronik
MESFET Vor- und Nachteile
Ein MESFET bietet neben einem Hauptnachteil einige deutliche Vorteile:
Vorteile:
Hochfrequenzbetrieb
Entwickelt ohne Oxidschicht, um Oxidfallen zu verhindern
Hohe Geometrie-Steuerungsebene
Hohe Eingangsimpedanz
Benachteiligungen:
Die Einschaltspannung der GaAs-Schottky-Diode stellt sich auf 0,7 V ein. Daher muss die Grenzspannung kleiner als dieser Wert sein. Infolgedessen erschwert diese Funktion die Herstellung von Schaltungen, die MESFETs im Erweiterungsmodus erfordern.
Transistoren MESFET:MESFET vs. MOSFET
Abbildung eines auf einer Schaltung integrierten MOSFETs. Quelle: Wikimedia Commons
Der Hauptunterschied zwischen einem MESFET und einem MOSFET besteht in ihren Betriebsfähigkeiten. In diesem Fall wechselt ein MOSFET in den Aus-Zustand, bis sein Gate eine Spannung erhält, die über dem Schwellenwert liegt. In der Zwischenzeit bleibt der MESFET standardmäßig eingeschaltet, bis er eine Verpolungsspannung erhält.
Zusammenfassung
Insgesamt verfügt ein MESFET über einen Gate-, Source- und Drain-Anschluss, ähnlich einem JFET. Außerdem dient der Gate-Terminal als Schottky-Anschluss, der aus einer Metallbeschichtung besteht. Dieser Bereich steuert die Breite der Erschöpfungszone, wenn das Gerät aktiviert oder deaktiviert wird. Eine solche Konfiguration unterscheidet den Transistor auch von JFETs, die auf einem p-n-Übergang beruhen. Darüber hinaus können Sie einen GaAs MESFET auf Schaltungen integrieren, die höhere Frequenzen erfordern.
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