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MESFET 및 GaAs FET

MESFET 및 GaAs FET

MESFET는 저잡음 신호 증폭기와 고전력 RF 회로 모두에서 마이크로파 애플리케이션을 정밀하게 적용하는 데 주로 사용되는 고성능 전계 효과 트랜지스터입니다.

약어 MESFET는 MEtal-Semiconductor Field Effect Transistor의 약자이며 가장 널리 사용되는 형태는 III-IV 반도체 재료 갈륨 비소를 사용하여 제조 된 GaAsFET입니다.

GaAs FET / MESFET 구조

MESFET 구조는 접합 FET 또는 JFET와 매우 유사합니다. MESFET의 이름에서 알 수 있듯이 실리콘에 직접 금속 접촉이 있으며 이것이 쇼트 키 장벽 다이오드 접합을 형성합니다. 이와 같이 쇼트 키 다이오드는 JFET와 마찬가지로 역 바이어스 다이오드로 사용됩니다. 주요 차이점은 쇼트 키 다이오드가 매우 작은 다이오드를 형성한다는 것입니다.

사용되는 재료는 실리콘 또는 다른 형태의 반도체 일 수 있습니다. 그러나 가장 널리 사용되는 물질은 갈륨 비소 GaAs입니다. 갈륨 비소는 일반적으로 우수한 고주파 작동을 달성 할 수 있도록 제공하는 매우 우수한 전자 이동성 때문에 선택됩니다.

반도체 장치 용 기판은 낮은 기생 정전 용량을 위해 반 절연 된 다음 활성층이 에피 택셜 증착됩니다. 결과 채널은 일반적으로 두께가 0.2 마이크론 미만입니다.

도핑 프로파일은 일반적으로 게이트에 수직 인 방향으로 불균일합니다. 이것은 좋은 선형성과 낮은 잡음을 가진 장치를 만든다. 대부분의 장치는 고속 작동에 필요하므로 전자가 p 채널에 존재하는 정공보다 훨씬 더 큰 이동성을 갖기 때문에 n 채널이 사용됩니다.

게이트 접점은 알루미늄, 티타늄-백금-금 층 구조, 백금 자체 또는 텅스텐을 포함한 다양한 재료로 만들 수 있습니다. 이는 높은 장벽 높이를 제공하며 이는 차례로 누설 전류를 감소시킵니다. 이것은 순방향 바이어스 접합이 필요한 향상 모드 장치에 특히 중요합니다.

게이트 길이 대 깊이 비율은 여러 성능 매개 변수를 결정하므로 중요합니다. 일반적으로 기생 반응, 속도 및 단 채널 효과간에 균형이 있기 때문에 약 4로 유지됩니다.

소스 및 드레인 영역은 이온 주입에 의해 형성됩니다. GaAs MESFET의 드레인 접점은 일반적으로 금-게르마늄 합금 인 AuGe입니다.

MESFET에 사용되는 두 가지 주요 구조가 있습니다.

MESFET 작동

다른 형태의 전계 효과 트랜지스터와 마찬가지로 GaAs Fet 또는 MESFET에는 사용할 수있는 두 가지 형태가 있습니다.

  • 향상 모드 MESFET : 향상 모드 MESFET에서 공핍 영역은인가 된 전압없이 채널을 핀치 할 수있을만큼 넓습니다. 따라서 향상 모드 MESFET는 당연히 "OFF"입니다. 게이트와 소스 사이에 양의 전압이 적용되면 공핍 영역이 줄어들고 채널이 전도성이됩니다. 불행히도 양의 게이트-소스 전압은 쇼트 키 다이오드를 순방향 바이어스에 놓아 큰 전류가 흐를 수 있습니다.
  • 고갈 모드 MESFET : 공핍 영역이 p 형 기판까지 확장되지 않는 경우 MESFET는 공핍 모드 MESFET입니다. 공핍 모드 MESFET는 게이트-소스 전압이 적용되지 않을 때 전도성이거나 "ON"이고 음의 게이트-소스 전압을인가하면 "OFF"가되어 공핍 영역의 폭을 증가시킵니다. 채널을 "핀치"합니다.

MESFET / GaAsFET 특성

MESFET는 많은 RF 증폭기 애플리케이션에 사용됩니다. 다른 기술보다 우위를 점하는 특성이있는 많은 RF 및 마이크로파 애플리케이션에 사용됩니다.

주요 특징은 다음과 같습니다.

  • 높은 전자 이동도 : 갈륨 비소 또는 기타 고성능 반도체 재료를 사용하면 고성능 RF 응용 제품에 필요한 높은 수준의 전자 이동성을 제공합니다. MESFET 반도체 기술은 최대 50GHz 이상, 일부는 100GHz 주파수까지 작동 할 수있는 이러한 장치를 사용하는 증폭기를 가능하게했습니다.
  • 낮은 정전 용량 수준 : 쇼트 키 다이오드 게이트 구조는 뛰어난 RF 및 마이크로파 성능을 제공하는 매우 낮은 표유 커패시턴스 레벨을 제공합니다.
  • 높은 입력 임피던스 : MESFET는 비전 도성 다이오드 접합의 결과로 바이폴라 트랜지스터에 비해 입력이 훨씬 더 높습니다.
  • 부정적인 온도 계수 : MESFET / GaAs FET는 음의 온도 계수를 가지므로 다른 트랜지스터에서 경험하는 일부 열 문제를 억제합니다.
  • 산화물 트랩 부족 : 보다 일반적인 실리콘 MOSFET과 비교할 때 GaAs FET 또는 MESFET는 산화물 트랩과 관련된 문제가 없습니다.
  • 높은 수준의 지오메트리 제어 : MESFET는 JFET보다 더 나은 채널 길이 제어를 제공합니다. 그 이유는 JFET가 게이트를 생성하기 위해 확산 프로세스를 필요로하고이 프로세스가 잘 정의되어 있지 않기 때문입니다. GaAS FET / MESFET의보다 정확한 형상은 훨씬 더 우수하고 반복 가능한 제품을 제공하며이를 통해 RF 마이크로파 주파수에 적합한 매우 작은 형상을 제공 할 수 있습니다.

여러 측면에서 GaAs 기술은 실리콘보다 덜 개발되었습니다. 실리콘 기술에 대한 막대한 지속적인 투자는 실리콘 기술이 훨씬 저렴하다는 것을 의미합니다. 그러나 GaAs 기술은 많은 개발의 이점을 누릴 수 있으며 집적 회로 제조 프로세스에서 사용하기 쉽습니다.

사용중인 GaAs FET / MESFET

GaAs FET / MESFET는 RF 증폭기 장치로 널리 사용됩니다. 장치의 작은 형상 및 기타 측면은이 응용 분야에 이상적입니다.

회로는 일반적으로 약 10V 정도의 공급 전압을 사용했습니다. 그러나 전류가 게이트 접합부에 흐르면 GaAS FET가 파괴되기 때문에 바이어스 배열을 설계 할 때는 세심한주의를 기울여야합니다.

마찬가지로 정전기에 매우 민감하기 때문에 장치를 다룰 때 세심한주의를 기울여야합니다. 100V 미만의 정적 전압도 접합부를 파괴 할 수 있습니다.

또한 안테나에 연결된 RF 증폭기로 사용할 경우 뇌우시 수신되는 정전기로부터 장치를 보호해야합니다.

이러한 예방 조치를 준수하면 GaAs FET 또는 MESFET의 성능이 매우 우수하여 고주파 성능과 낮은 잡음 및 높은 수준의 효율성을 제공합니다.


비디오보기: MESFET (유월 2021).