Informasi

MESFET & GaAs FET

MESFET & GaAs FET

MESFET adalah bentuk transistor efek medan berkinerja tinggi yang digunakan terutama untuk aplikasi gelombang mikro yang menuntut baik sebagai penguat sinyal derau rendah dan dalam rangkaian RF daya tinggi.

Singkatan MESFET adalah singkatan dari MEtal-Semiconductor Field Effect Transistor dan bentuk yang paling banyak digunakan adalah GaAsFET yang dibuat menggunakan bahan semikonduktor III-IV gallium arsenide.

Struktur GaAs FET / MESFET

Struktur MESFET sangat mirip dengan persimpangan FET atau JFET. Seperti yang ditunjukkan oleh nama MESFET, ia memiliki kontak logam langsung ke silikon, dan ini membentuk persimpangan dioda penghalang Schottky. Dengan demikian dioda Schottky digunakan sebagai dioda bias terbalik yang sama seperti yang dilakukan JFET. Perbedaan utamanya adalah bahwa dioda Schottky membentuk dioda yang jauh lebih kecil.

Bahan yang digunakan bisa berupa silikon atau bentuk semikonduktor lainnya. Namun bahan yang paling banyak digunakan adalah galium arsenida GaAs. Gallium arsenide biasanya dipilih karena mobilitas elektron yang sangat unggul yang disediakannya memungkinkan operasi frekuensi tinggi yang superior untuk dicapai.

Substrat untuk perangkat semikonduktor semi-isolasi untuk kapasitansi parasit rendah, dan kemudian lapisan aktif diendapkan secara epitaksial. Saluran yang dihasilkan biasanya kurang dari 0,2 mikron tebal.

Profil doping biasanya tidak seragam dalam arah tegak lurus gerbang. Ini menghasilkan perangkat yang memiliki linieritas yang baik dan kebisingan yang rendah. Sebagian besar perangkat diperlukan untuk operasi kecepatan tinggi, dan oleh karena itu saluran-n digunakan karena elektron memiliki mobilitas yang jauh lebih besar daripada lubang yang akan ada di saluran-p.

Kontak gerbang dapat dibuat dari berbagai bahan termasuk Aluminium, struktur berlapis Titanium-Platinum-Gold, Platinum itu sendiri, atau Tungsten. Ini memberikan ketinggian penghalang yang tinggi dan ini pada gilirannya mengurangi arus bocor. Ini terutama penting untuk perangkat mode penyempurnaan yang memerlukan sambungan bias maju.

Rasio panjang gerbang ke kedalaman penting karena ini menentukan sejumlah parameter kinerja. Biasanya disimpan di sekitar empat karena ada pertukaran antara respons parasit, kecepatan, dan efek saluran pendek.

Daerah sumber dan drainase dibentuk oleh implantasi ion. Kontak saluran pembuangan untuk MESFET GaAs biasanya adalah AuGe - paduan Emas-Germanium.

Ada dua struktur utama yang digunakan untuk MESFET:

Operasi MESFET

Seperti bentuk lain dari transistor efek medan, GaAs Fet atau MESFET memiliki dua bentuk yang dapat digunakan:

  • Mode peningkatan MESFET: Dalam mode peningkatan MESFET, daerah penipisan cukup lebar untuk mencubit saluran tanpa tegangan yang diberikan. Oleh karena itu, mode peningkatan MESFET secara alami "OFF". Ketika tegangan positif diterapkan antara gerbang dan sumber, daerah penipisan menyusut, dan saluran menjadi konduktif. Sayangnya, tegangan gerbang-ke-sumber positif menempatkan dioda Schottky dalam bias maju, di mana arus besar dapat mengalir.
  • Mode deplesi MESFET: Jika wilayah penipisan tidak meluas sepenuhnya ke media tipe-p, MESFET adalah MESFET mode-penipisan. MESFET mode-penipisan bersifat konduktif atau "ON" ketika tidak ada tegangan gerbang-ke-sumber yang diterapkan dan dimatikan pada penerapan tegangan gerbang-ke-sumber negatif, yang meningkatkan lebar daerah penipisan sedemikian rupa sehingga itu "mencubit" saluran.

Karakteristik MESFET / GaAsFET

MESFET digunakan di banyak aplikasi penguat RF. Ini digunakan dalam banyak aplikasi RF dan gelombang mikro di mana karakteristiknya memberikan keunggulan dibandingkan teknologi lain.

Beberapa karakteristik utama meliputi:

  • Mobilitas elektron tinggi: Penggunaan Gallium Arsenide atau bahan semikonduktor berkinerja tinggi lainnya menghasilkan mobilitas elektron tingkat tinggi yang diperlukan untuk aplikasi RF berkinerja tinggi. Teknologi semikonduktor MESFET telah mengaktifkan amplifier menggunakan perangkat ini yang dapat beroperasi hingga 50 GHz dan lebih banyak, dan beberapa hingga frekuensi 100 GHz.
  • Tingkat kapasitansi rendah: Struktur gerbang dioda Schottky menghasilkan tingkat kapasitansi nyasar yang sangat rendah yang memberikan kinerja RF dan gelombang mikro yang sangat baik.
  • Impedansi masukan tinggi: MESFET memiliki input yang jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan transistor bipolar sebagai hasil dari persimpangan dioda non-konduktor.
  • Koefisien suhu negatif: MESFET / GaAs FET memiliki koefisien suhu negatif yang menghambat beberapa masalah termal yang dialami dengan transistor lain.
  • Kurangnya perangkap oksida: Jika dibandingkan dengan MOSFET silikon yang lebih umum, GaAs FET atau MESFET tidak memiliki masalah yang terkait dengan perangkap oksida.
  • Kontrol geometri tingkat tinggi: MESFET memiliki kontrol panjang saluran yang lebih baik daripada JFET. Alasan untuk ini adalah bahwa JFET memerlukan proses difusi untuk membuat gerbang dan proses ini masih jauh dari definisi yang baik. Geometri yang lebih tepat dari GaAS FET / MESFET memberikan produk yang jauh lebih baik dan lebih dapat diulang, dan ini memungkinkan geometri yang sangat kecil yang disesuaikan dengan frekuensi gelombang mikro RF untuk dipenuhi.

Dalam banyak hal, teknologi GaAs kurang berkembang dibandingkan silikon. Investasi besar yang sedang berjalan dalam teknologi silikon berarti bahwa teknologi silikon jauh lebih murah. Namun teknologi GaAs mampu mengambil keuntungan dari banyak perkembangan dan mudah digunakan dalam proses fabrikasi sirkuit terintegrasi.

GaAs FET / MESFET sedang digunakan

GaAs FET / MESFET banyak digunakan sebagai perangkat penguat RF. Geoemtries kecil dan aspek lain dari perangkat membuatnya ideal dalam aplikasi ini.

Sirkuit biasanya menggunakan tegangan suplai sekitar 10 volt. Namun kehati-hatian harus dilakukan saat merancang pengaturan bias karena jika arus mengalir di persimpangan gerbang, itu akan menghancurkan GaAS FET.

Demikian pula, kehati-hatian harus dilakukan saat menangani perangkat karena sangat sensitif terhadap statis. Bahkan tegangan statis di bawah 100 volt dapat merusak sambungan.

Selain itu, bila digunakan sebagai penguat RF yang disambungkan ke antena, perangkat harus dilindungi dari listrik statis yang diterima selama badai petir.

Jika tindakan pencegahan ini diperhatikan, GaAs FET atau MESFET akan bekerja sangat baik, memberikan kinerja frekuensi tinggi yang dikombinasikan dengan kebisingan rendah dan tingkat efisiensi tinggi.


Tonton videonya: Field Effect Transistor MOSFET, JFET, MESFET (Oktober 2021).