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Transistoren MESFET:Alles, was Sie wissen müssen

Auf dem Markt gibt es verschiedene Transistortypen, von denen viele einem einzigartigen Zweck dienen. Einige bieten auch spezielle Funktionen für bestimmte Schaltungsanwendungen. In diesem Artikel diskutieren wir den Transistoren MESFET, einen Feldeffekttransistor. Dieses Halbleiterbauelement kann den Stromfluss durch den Kanal steuern, wodurch es sich ideal für HF-Implementierungen eignet. Auch andere Eigenschaften sorgen für eine hohe Leistungsfähigkeit. Fachleute müssen den MESFET und seine Arbeitsbedingungen verstehen, bevor sie ihn in Schaltungen integrieren. Dieser Artikel hilft Ihnen, sich das Gerät genauer anzusehen. Fangen wir also an!

Metall-Halbleiter-Dield-Effekt-Transistor

Schematisches Diagramm eines Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistors.

Quelle:Wikimedia Commons

Ein MESFET (Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ist in Betrieb und Aufbau identisch mit einem JFET, jedoch mit einem Hauptunterschied. Im Allgemeinen verfügt es über einen Schottky-Übergang anstelle eines p-n-Übergangs, um die Breite des Verarmungsbereichs zu ändern und die Leitung zu steuern. Vor diesem Hintergrund können Sie einen MESFET in Hochleistungs-HF-Schaltungsanwendungen implementieren.

Andererseits können Sie auch einen GaAs (Galliumarsenid)-MESFET verwenden, der eine verbesserte Elektronenmobilität für hohe Frequenzen aufweist. 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 eine niedrige Leistung erfordern. Dazu gehören beispielsweise Radar, Satellitenkommunikation und Mikrowellenkommunikation.

MESFET-Typen

Heute gibt es auf dem Markt zwei MESFET-Typen, N-Kanal und P-Kanal. Der N-Kanal ist jedoch aufgrund seiner Elektronen als Ladungsträger beliebter. Dieser Typ bietet auch eine 20-mal höhere Elektronenmobilität als GaAs-Lochmobilität.

MESFET Konstruktion und Arbeitsweise


Diagramm, das die MESFET-Struktur zeigt.

Quelle:Wikimedia Commons

Ein MESFET enthält eine einzelne ultradünne, leicht n-dotierte Halbleiterschicht, die als Kanal bezeichnet wird. Der Kanal wird in ein halbisolierendes Substrat eingraviert, das an beiden Enden stark dotierte Halbleiter aufweist, die als Source oder Drain bekannt sind. Währenddessen bedeckt Metall den oberen Teil des Kanals, der den Schottky-Übergang bildet, der zwischen den beiden Anschlüssen hergestellt wird. Dieser Bereich stellt auch den Gate-Anschluss dar.

Wenn das Gate auf einen negativ vorgespannten Zustand eingestellt wird, steuert es den Stromfluss des Kanals. Um dies zu erreichen, wird nahe dem metallbeschichteten Gate ein ladungsträgerfreier Verarmungsbereich erzeugt. Tatsächlich begrenzt dieser als Trägerkanalbreitenmodulation bezeichnete Prozess den Kanalstrom.

MESFET-Symbol


Bild, das das MESFET-Symbol darstellt.

Der Verarmungsbereich weitet sich im Gate-Anschluss auf. Im oben gezeigten Symbol 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 Anreicherungs- und dem Verarmungsmodus:

Enhancement-Modus MESFET: In diesem Modus hat die Verarmungszone ausreichend Platz, um Ladungsträger von Gate zu Source abzublocken. Außerdem wird der MESFET standardmäßig in einen Aus-Zustand versetzt. Es empfängt auch eine positive Spannung zwischen den Gate- und Source-Anschlüssen, wodurch der Verarmungsbereich verkleinert wird. Dadurch erzeugt der Kanal einen Strom. Allerdings fließt ein großer Strom, wenn der Übergang der Schottky-Diode aufgrund der positiven Gate-zu-Source-Spannung in Durchlassrichtung vorgespannt wird.

Verarmungsmodus-MESFET: Der MESFET arbeitet im Verarmungsmodus, wenn sich der Verarmungsbereich nicht auf das Substrat vom p-Typ ausdehnt. Im Allgemeinen wird dieser Modus ohne eine negative Gate-Source-Spannung aktiviert. Nach dem Anlegen einer negativen Spannung wird der MESFET-Verarmungsmodus deaktiviert, wodurch die Breite des Verarmungsbereichs zunimmt. Somit verhindert es den Fluss geladener Ladungsträger von der Source zum Drain.

MESFET-Eigenschaften


Ein MESFET bietet eine hohe Elektronenmobilität.

Zu den wichtigsten MESFET-Eigenschaften gehören:

Hohe Eingangsimpedanz: MESFETs bieten aufgrund des Diodenübergangs eine höhere Eingangsimpedanz als Bipolartransistoren.

Verhinderung von Oxidfallen: Anders als der beliebte Silizium-MOSFET kann ein MESFET Oxidfallen verhindern.

Hohe Geometriekontrolle: Darüber hinaus bietet MESFET im Vergleich zum JFET eine verbesserte Kanallängensteuerung. Eine hohe Geometriekontrolle verbessert die Leistung des Produkts und ermöglicht kleine Geometrien für HF-Funkfrequenzen.

Niedrige Kapazität: Insgesamt bietet eine Schottky-Dioden-Gate-Struktur niedrige Kapazitätspegel, ideal für HF- und Mikrowellenanwendungen.

Negativer Temperaturkoeffizient: Der MESFET kann aufgrund seines negativen Temperaturkoeffizienten das Auftreten thermischer Probleme verhindern.

Hohe Elektronenmobilität: Verstärker mit MESFET-Halbleitertechnologie, die eine hohe Elektronenmobilität bietet, arbeiten bei Frequenzen zwischen 50 GHz und 100 GHz.

Anwendungen von MESFET


Handys verfügen üblicherweise über einen MESFET.

MESFETs lassen sich in viele Anwendungen integrieren, darunter:

Ein MESFET bietet einige deutliche Vorteile zusammen mit einem Hauptnachteil:

Vorteile:

Nachteile:

MESFET vs. MOSFET


Bild zeigt einen MOSFET, der auf einer Schaltung integriert ist.

Quelle:Wikimedia Commons

Der Hauptunterschied zwischen einem MESFET und einem MOSFET betrifft ihre Betriebsfähigkeiten. In diesem Fall geht ein MOSFET in den Aus-Zustand, bis sein Gate eine Spannung empfängt, die höher als der Schwellenwert ist. In der Zwischenzeit bleibt der MESFET standardmäßig eingeschaltet, bis er eine Sperrspannung erhält.

Zusammenfassung

Insgesamt verfügt ein MESFET ähnlich wie ein JFET über einen Gate-, Source- und Drain-Anschluss. Außerdem dient der Gate-Anschluss als Schottky-Übergang, der aus einer Metallbeschichtung besteht. Dieser Bereich steuert die Breite der Verarmungszone, 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 in Schaltungen integrieren, die höhere Frequenzen erfordern.

Haben Sie Fragen zum MESFET? Sprechen Sie uns gerne an!


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