معلومات

MESFET & GaAs FET

MESFET & GaAs FET

MESFET هو شكل عالي الأداء من ترانزستور تأثير المجال الذي يستخدم بشكل أساسي لتطبيقات الميكروويف الصارمة على حد سواء كمضخم إشارة منخفض الضوضاء ودوائر RF عالية الطاقة.

يرمز الاختصار MESFET إلى MEtal-Semiconductor Field Effect Transistor ، والشكل الأكثر استخدامًا هو GaAsFET المصنوع باستخدام مادة أشباه الموصلات III-IV زرنيخيد الغاليوم.

هيكل GaAs FET / MESFET

هيكل MESFET يشبه إلى حد بعيد تقاطع FET أو JFET. كما يشير اسم MESFET ، فإنه يحتوي على تلامس معدني مباشرة على السيليكون ، وهذا يشكل تقاطع حاجز شوتكي الثنائي. على هذا النحو ، يتم استخدام الصمام الثنائي Schottky كديود منحاز عكسي في نفس الشيء الذي يستخدمه JFET. الاختلاف الرئيسي هو أن الصمام الثنائي Schottky يشكل ديودًا أصغر بكثير.

يمكن أن تكون المادة المستخدمة عبارة عن سيليكون أو أشكال أخرى من أشباه الموصلات. ومع ذلك ، فإن المادة الأكثر استخدامًا هي زرنيخيد الغاليوم. عادة ما يتم اختيار زرنيخيد الغاليوم بسبب التنقل الفائق للإلكترون الذي يوفره والذي يتيح تحقيق تشغيل عالي التردد.

الركيزة لجهاز أشباه الموصلات شبه عازلة للسعة الطفيلية المنخفضة ، ثم تترسب الطبقة النشطة فوق المحور. عادة ما تكون القناة الناتجة أقل من 0.2 ميكرون.

عادةً ما يكون ملف تعريف المنشطات غير منتظم في اتجاه عمودي على البوابة. هذا يجعل الجهاز ذو خطية جيدة وضوضاء منخفضة. معظم الأجهزة مطلوبة للتشغيل عالي السرعة ، وبالتالي يتم استخدام قناة n لأن الإلكترونات لديها قدرة أكبر على الحركة من الثقوب التي قد تكون موجودة في القناة p.

يمكن إجراء اتصالات البوابة من مجموعة متنوعة من المواد بما في ذلك الألومنيوم ، وهيكل متعدد الطبقات من التيتانيوم والبلاتينيوم والذهب أو البلاتين نفسه أو التنجستن. توفر هذه ارتفاعًا مرتفعًا للحاجز وهذا بدوره يقلل من تيار التسرب. هذا مهم بشكل خاص لأجهزة وضع التحسين التي تتطلب تقاطعًا منحازًا للأمام.

تعد نسبة طول البوابة إلى العمق مهمة لأنها تحدد عددًا من معلمات الأداء. عادةً ما يتم الاحتفاظ بها عند حوالي الرابعة نظرًا لوجود مفاضلة بين الاستجابات الطفيلية والسرعة وتأثيرات القناة القصيرة.

تتشكل مناطق المصدر والصرف عن طريق زرع الأيونات. عادةً ما تكون جهات اتصال التصريف الخاصة بـ GaAs MESFETs عبارة عن AuGe - سبيكة من الذهب والجرمانيوم.

هناك نوعان من الهياكل الرئيسية المستخدمة في MESFETs:

عملية MESFET

مثل الأشكال الأخرى من ترانزستور التأثير الميداني ، فإن GaAs Fet أو MESFET لهما شكلين يمكن استخدامهما:

  • وضع التحسين MESFET: في وضع التعزيز MESFET ، تكون منطقة النضوب واسعة بما يكفي لقرص القناة بدون جهد مطبق. لذلك فإن وضع التحسين MESFET يكون بطبيعة الحال "OFF". عندما يتم تطبيق جهد إيجابي بين البوابة والمصدر ، تتقلص منطقة النضوب ، وتصبح القناة موصلة. لسوء الحظ ، فإن الجهد الموجب من البوابة إلى المصدر يضع الصمام الثنائي شوتكي في انحياز أمامي ، حيث يمكن أن يتدفق تيار كبير.
  • وضع النضوب MESFET: إذا كانت منطقة النضوب لا تمتد على طول الطريق إلى الركيزة من النوع p ، فإن MESFET هو وضع استنفاد MESFET. يكون وضع النضوب MESFET موصلًا أو "ON" عندما لا يتم تطبيق جهد من البوابة إلى المصدر ويتم إيقاف تشغيله عند تطبيق جهد سالب من البوابة إلى المصدر ، مما يزيد من عرض منطقة النضوب بحيث إنه "يقرص" القناة.

خصائص MESFET / GaAsFET

يتم استخدام MESFET في العديد من تطبيقات مضخمات التردد اللاسلكي. يتم استخدامه في العديد من تطبيقات الترددات اللاسلكية والميكروويف حيث تمنحه خصائصه ميزة على التقنيات الأخرى.

تتضمن بعض الخصائص الرئيسية ما يلي:

  • قابلية عالية للإلكترون: يوفر استخدام زرنيخيد الغاليوم أو غيره من مواد أشباه الموصلات عالية الأداء مستوى عالٍ من التنقل الإلكتروني المطلوب لتطبيقات الترددات الراديوية عالية الأداء. مكنت تقنية أشباه الموصلات MESFET مكبرات الصوت باستخدام هذه الأجهزة التي يمكن أن تعمل حتى 50 جيجا هرتز وأكثر ، وبعضها بترددات 100 جيجا هرتز.
  • مستويات السعة المنخفضة: ينتج عن هيكل بوابة الصمام الثنائي Schottky مستويات منخفضة للغاية من السعة الشاردة والتي تتناسب مع أداء الترددات الراديوية والميكروويف الممتاز.
  • مقاومة عالية للمدخلات: تتميز MESFET بمدخلات أعلى بكثير عند مقارنتها بالترانزستورات ثنائية القطب نتيجة لتقاطع الصمام الثنائي غير الموصّل.
  • معامل درجة الحرارة السلبية: يحتوي MESFET / GaAs FET على درجة حرارة سالبة ذات كفاءة مشتركة تمنع بعض المشكلات الحرارية التي تواجهها الترانزستورات الأخرى.
  • نقص مصائد الأكسيد: بالمقارنة مع MOSFET السيليكون الأكثر شيوعًا ، فإن GaAs FET أو MESFET لا يواجهان المشاكل المرتبطة بمصائد الأكسيد.
  • مستوى عالٍ من التحكم الهندسي: تتمتع MESFET بتحكم أفضل في طول القناة من JFET. والسبب في ذلك هو أن JFET تتطلب عملية نشر لإنشاء البوابة وهذه العملية بعيدة كل البعد عن التحديد الجيد. توفر الأشكال الهندسية الأكثر دقة لـ GaAS FET / MESFET منتجًا أفضل بكثير وأكثر قابلية للتكرار ، وهذا يتيح تلبية أشكال هندسية صغيرة جدًا مناسبة لترددات الموجات الصغرية RF.

في كثير من النواحي ، تكون تقنية GaAs أقل تطورًا من السيليكون. الاستثمار الضخم الجاري في تكنولوجيا السيليكون يعني أن تكنولوجيا السيليكون أرخص بكثير. ومع ذلك ، فإن تقنية GaAs قادرة على الاستفادة من العديد من التطورات وهي سهلة الاستخدام في عمليات تصنيع الدوائر المتكاملة.

GaAs FET / MESFET قيد الاستخدام

يتم استخدام GaAs FET / MESFET على نطاق واسع كجهاز مكبر للصوت RF. تجعله المحاولات الجغرافية الصغيرة والجوانب الأخرى للجهاز مثالية في هذا التطبيق.

تستخدم الدوائر عادةً جهد إمداد يبلغ حوالي 10 فولت. ومع ذلك ، يجب توخي الحذر الشديد عند تصميم ترتيبات التحيز لأنه إذا كان التيار يتدفق في تقاطع البوابة ، فسوف يدمر GaAS FET.

وبالمثل ، يجب توخي الحذر الشديد عند التعامل مع الأجهزة لأنها حساسة للغاية للكهرباء الساكنة. حتى الفولتية الثابتة التي تقل عن 100 فولت يمكن أن تدمر التقاطع.

بالإضافة إلى ذلك ، عند استخدامه كمضخم تردد لاسلكي متصل بهوائي ، يجب حماية الجهاز من الكهرباء الساكنة المستلمة أثناء العواصف الكهربائية.

إذا تم ملاحظة هذه الاحتياطات ، فإن GaAs FET أو MESFET سوف يعملان بشكل جيد للغاية ، مما يوفر أداء عالي التردد مصحوبًا بضوضاء منخفضة ومستوى عالٍ من الكفاءة.


شاهد الفيديو: GRECO Run GaAs MESFET (قد 2021).