ماسفت

در این مقاله قصد داریم بپردازیم به تعریف ماسفت ، انواع آنها ، معایب و فوایدشان ، کاربردهایشان و ساختار ماسفت را توضیح دهیم .

فهرست

• 1- تعریف ماسفت
• 2- ساختار ماسفت
• 3- انواع ماسفت
• 4- عملیات ماسفت
• 5- ویژگی های ماسفت
• 6- مزایا و معایب ماسفت

تعریف ماسفت

MESFET مخفف عبارت Metal-Semiconductor Field Effect Transistor‌است و پرکاربردترین شکل آن GaAsFET‌است که با استفاده از ماده نیمه هادی III-IV آرسنید گالیم ساخته شده‌است.

انواع مختلفی از ترانزیستورها در بازار وجود دارد که بسیاری از آنها هدف منحصر به فردی را دنبال میکنند. برخی نیز ویژگی های خاصی را برای کاربردهای مداری خاص ارائه میدهند.

MESFET یک فرم با کارایی بالا از ترانزیستور اثر میدانی‌است.

در این مقاله، ترانزیستور MESFET، یک ترانزیستور اثر میدانی را مورد بحث قرار میدهیم. این دستگاه نیمه هادی میتواند جریان را از طریق کانال کنترل کند و آن را برای اجرای RF ایده آل میکند.

سایر ویژگی ها نیز تضمین میکنند که عملکرد بالایی دارد.

متخصصان باید قبل از ادغام MESFET و شرایط کاری آن در مدارها، آن را درک کنند. این مقاله به شما کمک میکند تا نگاه دقیقی به دستگاه داشته‌باشید. پس بیایید شروع کنیم!

ساختار GaAs FET / MESFET

ساختار MESFET بسیار شبیه به یک اتصال FET یا JFET است. همانطور که از نام MESFET مشخص‌است، یک تماس فلزی مستقیماً روی سیلیکون دارد و این یک اتصال دیود مانع شاتکی را تشکیل می‌دهد.

به این ترتیب دیود شاتکی به عنوان یک دیود بایاس معکوس در همان چیزی که یک JFET استفاده میکند استفاده‌میشود. تفاوت اصلی در این‌است که دیود شاتکی یک دیود بسیار کوچکتر را تشکیل می‌دهد.

ماده ای که استفاده‌می‌شود می‌تواند سیلیکون یا سایر اشکال نیمه هادی باشد. با این حال ماده‌ای که بیشتر مورد‌استفاده قرار میگیرد GaAs آرسنید گالیم‌است.

آرسنید گالیم معمولاً به دلیل تحرک الکترون بسیار برتری که فراهم‌می‌کند انتخاب میشود که امکان دستیابی به عملیات فرکانس بالا را فراهم می‌کند.

زیرلایه دستگاه نیمه هادی برای ظرفیت انگلی کم نیمه عایق‌است و سپس لایه فعال به صورت اپیتاکسی رسوب میکند. کانال حاصل معمولا کمتر از 0.2 میکرون ضخامت دارد.

ماسفت _ ماه صنعت انرژی

مشخصات ناخالصی معمولاً در جهت عمود بر ورودی غیریکنواخت است. این باعث میشود دستگاه خطی خوب و نویز کم داشته باشد. اکثر دستگاه ها برای عملکرد با سرعت بالا مورد نیاز هستند، و بنابراین از یک کانال n استفاده میشود زیرا الکترون ها تحرک بسیار بیشتری نسبت به سوراخ هایی دارند که در یک کانال p وجود دارند.

کنتاکت‌های ورودی می توانند از مواد مختلفی از جمله آلومینیوم، ساختار لایه ای تیتانیوم-پلاتین-طلا، خود پلاتین یا تنگستن ساخته‌شوند.

اینها ارتفاع مانع بالایی را فراهم میکنند و این به نوبه خود جریان نشتی را کاهش میدهد.

این امر به ویژه برای دستگاه‌های حالت بهبود که به اتصال بایاس رو به جلو نیاز دارند، مهم‌است.

نسبت طول ورودی به عمق بسیار مهم‌است زیرا تعدادی از پارامترهای عملکرد را تعیین‌می‌کند. معمولاً در حدود چهار نگه داشته میشود، زیرا بین پاسخ‌های پارازیتی ، میان سرعت و تأثیرات کانال کوتاه ، رابطه وجود دارد.

مناطق منبع و تخلیه با کاشت یونی تشکیل میشوند. کنتاکت‌های تخلیه برای GaAs MESFET ها معمولاً AuGe هستند – یک آلیاژ طلا-ژرمانیوم.

انواع ماسفت

دو نوع MESFET امروزه در بازار وجود دارد، N-channel و P-channelبا این حال، کانال N به دلیل حامل های باری که الکترون ها عمل میکنند، محبوبیت بیشتری دارد.  همچنین تحرک الکترون 20 برابر بیشتر تحرک حفره GaAs را فراهم می‌کند.

یک MESFET شامل یک لایه نیمه هادی فوق نازک و کمی n دوپ شده‌است که به عنوان کانال شناخته میشود. کانال بر روی یک بستر نیمه عایق حکاکی میشود که دارای نیمه هادی‌های بسیار دوپ شده در هر دو انتها‌‌ست که به عنوان منبع یا تخلیه شناخته‌می‌شوند.

در همین حال، فلز قسمت بالای کانال را میپوشاند که محل اتصال شاتکی را تشکیل میدهد که بین دو پایانه ساخته‌شده‌است. این منطقه همچنین نشان دهنده پایانه دروازه‌است.

هنگامی که گیت به شرایط بایاس منفی تنظیم می‌شود، جریان کانال را کنترل میکند. برای دستیابی به آن، یک منطقه تخلیه خالی از حامل بار نزدیک به دروازه پوشیده شده با فلز ایجاد میکند. در واقع، این فرآیند که مدولاسیون عرض کانال حامل نامیده‌میشود، جریان کانال را محدود می‌کند.

منطقه تخلیه در ترمینال گیت گسترش می یابد. در نماد، همانطور که در بالا نشان داده‌شده‌است، فلش کانال P به سمت بیرون و فلش کانال N به سمت داخل‌است.

عملیات ماسفت

به طور کلی، MESFET در دو حالت بهبود و تخلیه کار می‌کند:

حالت بهبود ماسفت:

در این حالت، منطقه تخلیه فضای کافی برای مسدود کردن حامل‌های شارژ از ورودی به منبع دارد. علاوه بر این، MESFET به طور پیش فرض روی حالت خاموش تنظیم می‌شود. همچنین ولتاژ مثبت بین پایانه‌های ورودی و منبع دریافت میکند و منطقه تخلیه را کوچک می‌کند. در نتیجه کانال یک جریان تولید می‌کند

با این حال، هنگامی که محل اتصال دیود شاتکی به دلیل ولتاژ مثبت دروازه به منبع روی بایاس رو به جلو قرار می‌گیرد، جریان زیادی جریان می‌یابد.

حالت تخلیه ماسفت:

MESFET در حالت تخلیه زمانی کار می‌کند که ناحیه تخلیه به زیرلایه نوع p گسترش پیدا نکند. به طور کلی، این حالت بدون ولتاژ منبع دروازه منفی فعال می‌شود. پس از اعمال یک ولتاژ منفی، حالت تخلیه MESFET غیرفعال می‌شود و عرض منطقه تخلیه افزایش می‌یابد. بنابراین، از جریان حامل های باردار از منبع به تخلیه جلوگیری می‌کند.

ویژگی‌های اصلی MESFET عبارتند از:

مقاومت ورودی بالا: MESFET ها مقاومت ورودی بالاتری نسبت به ترانزیستورهای دوقطبی به دلیل اتصال دیود ارائه می‌دهند.

جلوگیری از تله اکسید: برخلاف ماسفت سیلیکونی معروف، MESFET میتواند از تله‌های اکسیدی جلوگیری کند.

سطح کنترل هندسی بالا: علاوه بر این، MESFET کنترل طول کانال را در مقایسه با JFET بهبود میبخشد. یک کنترل هندسی بالا عملکرد محصول را افزایش می‌دهد و امکان هندسه‌های کوچک را برای فرکانس‌های رادیویی RF فراهم می‌کند.

ظرفیت کم: به طور کلی، ساختار گیت دیود شاتکی سطوح خازنی پایینی را فراهم میکند که برای کاربردهای RF و مایکروویو ایده‌آل‌است.

ضریب دمایی منفی: MESFET به دلیل ضریب دمایی منفی می تواند از بروز مسائل حرارتی را جلوگیری کند.

تحرک الکترون بالا: تقویت‌کننده هایی با فناوری نیمه هادی MESFET که تحرک الکترون بالایی را فراهم میکند، در فرکانس‌های بین 50 گیگا هرتز تا 100 گیگا هرتز کار می‌کنند.

کاربردهای MESFET

GaAs MESFET نوعی ترانزیستور اثر میدانی فلزی نیمه هادی‌است که معمولاً در فرکانس های بسیار بالا تا 40 گیگاهرتز در هر دو توان بالا (زیر 40 وات، بالاتر از شیرهای TWT) و کاربردهای کم مصرف استفاده‌می‌شود، مانند:

• تلفن‌های همراه
• مدارهای مایکروویو
• ارتباطات ماهواره‌ای
• تقویت‌کننده‌های RF
• رادار
• دستگاه‌های با فرکانس بالا
• اپتوالکترونیک تجاری
• مزایا و معایب MESFET

MESFET برخی از مزایای متمایز را همراه با یک معایب اصلی ارائه میدهد:

مزایا:

• عملکرد با فرکانس بالا
• بدون لایه اکسید برای جلوگیری از تله اکسید طراحی شده‌است
• سطح کنترل هندسی بالا
• مقاومت ورودی بالا

معایب:

ولتاژ دیود Gشاتکی روی 0.7 ولت تنظیم می‌شود. در نتیجه ولتاژ آستانه باید کمتر از این مقدار باشد. در نتیجه، این ویژگی تولید مدارهایی را که نیاز به MESFET‌های حالت بهبود دارند را دشوار می‌کند.

MESFET در مقابل MOSFET

تفاوت اصلی بین MESFET و MOSFET شامل قابلیت‌های عملیاتی آنها‌ست. در این حالت، یک ماسفت تا زمانی که گیت آن ولتاژی بالاتر از آستانه دریافت کند، در حالت خاموش قرار می‌گیرد.

در همین حال، MESFET به طور پیش فرض روشن میماند تا زمانی که یک ولتاژ معکوس دریافت کند.

خلاصه

به طور کلی، MESFET دارای یک دروازه، منبع، و پایانه تخلیه، شبیه به یک JFET‌است. به علاوه، ترمینال دروازه به عنوان اتصال شاتکی عمل میکند که از یک پوشش فلزی تشکیل شده‌است.

این ناحیه پهنای ناحیه تخلیه را هنگام فعال یا غیرفعال شدن دستگاه کنترل می‌کند. چنین پیکربندی همچنین ترانزیستور را از JFET ها که به یک اتصال p-n متکی هستند متفاوت می‌کند.

علاوه بر این، می‌توانید ماسفت را روی مدارهایی که به فرکانس‌های بالاتر نیاز دارند، ادغام کنید.

منابع

1- دیاک چیست 

2- مقاله ترانزیستور و ساختار آن

مطالب مرتبط

ترانزیستور، ساختار و انواع آن

مدار‌مجتمع (IC)