トランジスタMESFET：あなたが知る必要があるすべて
さまざまな種類のトランジスタが市場に出回っており、その多くは独自の目的を果たしています。特定の回路アプリケーション向けに特別な機能を提供するものもあります。この記事では、電界効果トランジスタであるトランジスタ MESFET について説明します。この半導体デバイスは、チャネルを流れる電流を制御できるため、RF の実装に最適です。他の特性も、高性能を実現することを保証します。専門家は、MESFET を回路に組み込む前に、MESFET とその動作条件を理解する必要があります。この記事は、デバイスを詳しく調べるのに役立ちます。それでは始めましょう!
金属半導体電界効果トランジスタ
金属半導体電界効果トランジスタの回路図。
出典:ウィキメディア コモンズ
MESFET (金属半導体電界効果トランジスタ) は、JFET の動作と構造と同じですが、主な違いが 1 つあります。一般に、空乏領域の幅を変更し、伝導を制御するために、pn接合ではなくショットキー接合を備えています。これを念頭に置いて、高出力 RF 回路アプリケーションに MESFET を実装できます。
一方、高周波用の電子移動度が向上した GaAs (ガリウム砒素) MESFET を利用することもできます。活性層と低寄生容量の半絶縁性基板が特徴です。 GaAs MESFET は、高電力 (40W) と低電力を必要とするアプリケーションに優れた性能を提供します。たとえば、これにはレーダー、衛星通信、マイクロ波通信が含まれます。
MESFET の種類
現在市場には、N チャネルと P チャネルの 2 種類の MESFET が存在します。ただし、N チャネルは、電子が電荷キャリアとして機能するため、より一般的です。このタイプは、GaAs 正孔移動度の 20 倍の電子移動度も提供します。
MESFET の構築と作業
MESFET 構造を示す図。
出典:ウィキメディア コモンズ
MESFET には、チャネルと呼ばれる単一の極薄で軽く n ドープされた半導体層が含まれています。チャネルは、ソースまたはドレインとして知られる両端に高濃度にドープされた半導体を有する半絶縁基板上に刻まれています。一方、金属はチャネルの上部を覆い、2 つの端子間に製造されたショットキー接合を形成します。この領域は、ゲート ターミナルも表します。
ゲートが負のバイアス状態に設定されると、チャネルの電流の流れを制御します。それを達成するために、金属コーティングされたゲートの近くに電荷キャリアのない空乏領域を生成します。実際、このプロセスはキャリア チャネル幅変調と呼ばれ、チャネル電流を制限します。
MESFET シンボル
MESFET シンボルを表す画像
ゲート端子では空乏領域が広がる。シンボルでは、上に示すように、P チャネルの矢印は外側を指し、N チャネルの矢印は内側を指しています。
MESFET の操作
全体として、MESFET はエンハンスメント モードとデプリーション モードの 2 つのモードで動作します。
強化モード MESFET: このモードでは、空乏領域には、ゲートからソースへの電荷キャリアをブロックするのに十分なスペースがあります。さらに、MESFET はデフォルトでオフ状態に設定されます。また、ゲート端子とソース端子の間に正の電圧がかかり、空乏領域が縮小します。その結果、チャネルは電流を生成します。ただし、ショットキー ダイオードのジャンクションが正のゲート - ソース間電圧により順方向バイアスになると、大きな電流が流れます。
枯渇モード MESFET: 空乏領域がｐ型基板まで拡大しない場合、ＭＥＳＦＥＴは空乏モードで動作する。一般に、このモードは負のゲート-ソース電圧なしでアクティブになります。負の電圧を印加すると、MESFET の空乏モードが無効になり、空乏領域の幅が広がります。したがって、ソースからドレインへの荷電キャリアの流れを防ぎます。
MESFET の特徴
MESFET は高い電子移動度を提供します。
主な MESFET の特徴は次のとおりです。
高入力インピーダンス: MESFET は、ダイオード接合のため、バイポーラ トランジスタよりも高い入力インピーダンスを提供します。
酸化物トラップの防止: 一般的なシリコン MOSFET とは異なり、MESFET は酸化物トラップを防ぐことができます。
高ジオメトリ コントロール レベル: さらに、MESFET は、JFET に比べてチャネル長の制御が改善されています。高度な形状制御により製品の性能が向上し、RF 無線周波数の小さな形状が可能になります。
低静電容量: 全体として、ショットキー ダイオード ゲート構造は、RF およびマイクロ波アプリケーションに最適な低キャパシタンス レベルを提供します。
負の温度係数: MESFET は、その負の温度係数により、熱の問題が発生するのを防ぐことができます。
高い電子移動度: 高い電子移動度を提供するMESFET半導体技術を使用したアンプは、50GHz～100GHzの周波数で動作します。
MESFET の応用
通常、携帯電話には MESFET が搭載されています。
MESFET は、以下を含む多くのアプリケーションに統合されます。
- 携帯電話
- マイクロ波回路
- 衛星通信
- RF アンプ
- レーダー
- 高周波デバイス
- 商用オプトエレクトロニクス
- MESFET の長所と短所
MESFET にはいくつかの明確な利点と 1 つの主な欠点があります:
利点:
- 高頻度操作
- 酸化物トラップを防止するために酸化物層なしで設計されています
- 高度なジオメトリ コントロール レベル
- 高入力インピーダンス
短所:
- GaAs ショットキー ダイオードのターンオン電圧は 0.7 V に設定されます。その結果、しきい値電圧はこの値よりも低くなければなりません。その結果、この機能により、エンハンスメント モード MESFET を必要とする回路の製造が困難になります。
MESFET と MOSFET の比較
回路に組み込まれた MOSFET を示す画像。
出典:ウィキメディア コモンズ
MESFET と MOSFET の主な違いは、動作能力に関係します。この場合、MOSFET は、そのゲートがしきい値よりも高い電圧を受けるまでオフ状態に設定されます。一方、逆電圧が発生するまで、MESFET はデフォルトでオンのままです。
まとめ
全体として、MESFET は、JFET と同様に、ゲート、ソース、およびドレイン端子を備えています。さらに、ゲート端子は、金属コーティングで構成されるショットキー接合として機能します。この領域は、デバイスがアクティブまたは非アクティブになるときの空乏ゾーンの幅を制御します。このような構成により、トランジスタは、pn接合に依存するJFETとは異なります。さらに、より高い周波数を必要とする回路に GaAs MESFET を組み込むことができます。
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