Transistors MESFET :tout ce que vous devez savoir

Différents types de transistors existent sur le marché, dont beaucoup ont un objectif unique. Certains offrent également des fonctionnalités spéciales pour des applications de circuit spécifiques. Dans cet article, nous discutons des transistors MESFET, un transistor à effet de champ. Ce dispositif à semi-conducteur peut contrôler le flux de courant à travers le canal, ce qui le rend idéal pour les implémentations RF. D'autres caractéristiques garantissent également qu'il atteint des performances élevées. Les professionnels devront comprendre le MESFET et ses conditions de fonctionnement avant de l'intégrer dans les circuits. Cet article vous aidera à examiner de près l'appareil. Alors commençons !

Transistor à effet Dield métal-semi-conducteur

Schéma schématique d'un transistor à effet de champ métal-semi-conducteur.

Source :Wikimedia Commons

Un MESFET (transistor à effet de champ métal-semi-conducteur) est identique au fonctionnement et à la construction d'un JFET, mais avec une différence principale. Généralement, il comporte une jonction Schottky plutôt qu'une jonction p-n pour modifier la largeur de la région d'appauvrissement et contrôler la conduction. Dans cet esprit, vous pouvez implémenter un MESFET dans des applications de circuits RF haute puissance.

D'autre part, vous pouvez également utiliser un MESFET GaAs (arséniure de gallium), qui a amélioré la mobilité des électrons pour les hautes fréquences. Il comporte une couche active et un substrat semi-isolant à faible capacité parasite. Le MESFET GaAs offre d'excellentes performances pour les applications nécessitant une puissance élevée (40W) et une faible puissance. Par exemple, cela inclut les radars, les communications par satellite et les communications par micro-ondes.

Types de MESFET

Deux types de MESFET existent aujourd'hui sur le marché, canal N et canal P. Cependant, le canal N est plus populaire en raison de ses électrons agissant comme porteurs de charge. Ce type offre également une mobilité électronique 20 fois supérieure à la mobilité des trous GaAs.

MESFET Construction et Ouvrage

Schéma montrant la structure MESFET.

Source :Wikimedia Commons

Un MESFET contient une seule couche semi-conductrice ultra-mince légèrement dopée n appelée canal. Le canal grave sur un substrat semi-isolant ayant des semi-conducteurs fortement dopés aux deux extrémités, appelé source ou drain. Pendant ce temps, le métal recouvre la partie supérieure du canal, qui forme la jonction Schottky, fabriquée entre les deux terminaux. Cette zone représente également le terminal de la porte.

Lorsque la porte passe à une condition de polarisation négative, elle contrôle le flux de courant du canal. Pour ce faire, il générera une région d'appauvrissement dépourvue de porteurs de charge à proximité de la grille revêtue de métal. En effet, ce processus, appelé modulation de la largeur du canal porteur, limite le courant du canal.

Symbole MESFET

Image représentant le symbole MESFET.

La région d'appauvrissement s'élargit dans le terminal de grille. Dans le symbole, comme illustré ci-dessus, la flèche du canal P pointe vers l'extérieur tandis que la flèche du canal N pointe vers l'intérieur.

Opération MESFET

Dans l'ensemble, le MESFET fonctionne selon deux modes, le mode d'amélioration et le mode d'épuisement :

Mode d'amélioration MESFET : Dans ce mode, la région d'appauvrissement a suffisamment d'espace pour bloquer les porteurs de charge de la grille à la source. De plus, le MESFET est défini par défaut sur un état désactivé. Il reçoit également une tension positive entre les bornes de grille et de source, ce qui réduit la région d'appauvrissement. En conséquence, le canal génère un courant. Cependant, un courant important circule lorsque la jonction de la diode Schottky passe en polarisation directe en raison de la tension grille-source positive.

MESFET en mode d'épuisement : Le MESFET fonctionne en mode d'appauvrissement lorsque la région d'appauvrissement ne parvient pas à s'étendre au substrat de type p. Généralement, ce mode s'activera sans tension grille-source négative. Après avoir appliqué une tension négative, le mode d'appauvrissement MESFET se désactivera, augmentant la largeur de la région d'appauvrissement. Ainsi, il empêche le flux de porteurs chargés de la source vers le drain.

Caractéristiques MESFET

Un MESFET offre une mobilité électronique élevée.

Les principales caractéristiques du MESFET incluent :

Impédance d'entrée élevée : Les MESFET offrent une impédance d'entrée plus élevée que les transistors bipolaires en raison de la jonction de diode.

Prévention des pièges à oxyde : Contrairement au MOSFET au silicium populaire, un MESFET peut empêcher les pièges à oxyde.

Niveau de contrôle de géométrie élevé : De plus, MESFET fournit un contrôle de longueur de canal amélioré par rapport au JFET. Un contrôle de géométrie élevé améliore les performances du produit, permettant de petites géométries pour les fréquences radio RF.

Faible capacité : Dans l'ensemble, une structure de grille à diode Schottky fournit de faibles niveaux de capacité, idéaux pour les applications RF et micro-ondes.

Coefficient de température négatif : Le MESFET peut empêcher les problèmes thermiques de se produire en raison de son coefficient de température négatif.

Haute mobilité électronique : Les amplificateurs dotés de la technologie semi-conductrice MESFET, qui offre une mobilité électronique élevée, fonctionnent à des fréquences comprises entre 50 GHz et 100 GHz.

Applications de MESFET

Les téléphones portables disposent généralement d'un MESFET.

Les MESFET s'intègrent dans de nombreuses applications, notamment :

• Téléphones portables
• Circuits hyperfréquences
• Communications par satellite
• Amplificateurs RF
• Radar
• Appareils haute fréquence
• Optoélectronique commerciale
• Avantages et inconvénients du MESFET

Un MESFET offre des avantages distincts ainsi qu'un inconvénient principal :

Avantages :

• Fonctionnement haute fréquence
• Conçu sans couche d'oxyde pour éviter les pièges à oxyde
• Niveau de contrôle de géométrie élevé
• Impédance d'entrée élevée

Inconvénients :

• La tension d'activation de la diode GaAs Schottky est définie sur 0,7 V. Par conséquent, la tension de seuil doit être inférieure à cette valeur. En conséquence, cette caractéristique rendra difficile la production de circuits nécessitant des MESFET en mode enrichissement.
  

MESFET contre MOSFET

Image montrant un MOSFET intégré sur un circuit.

Source :Wikimedia Commons

La principale différence entre un MESFET et un MOSFET concerne leurs capacités opérationnelles. Dans ce cas, un MOSFET passe à l'état bloqué jusqu'à ce que sa grille reçoive une tension supérieure au seuil. Pendant ce temps, le MESFET reste activé par défaut jusqu'à ce qu'il obtienne une tension inverse.

Résumé

Dans l'ensemble, un MESFET comporte une grille, une source et un drain, similaire à un JFET. De plus, la borne de porte sert de jonction Schottky, qui consiste en un revêtement métallique. Cette région contrôle la largeur de la zone d'épuisement lorsque l'appareil s'active ou se désactive. Une telle configuration rend également le transistor différent des JFET, qui reposent sur une jonction p-n. De plus, vous pouvez intégrer un MESFET GaAs sur des circuits nécessitant des fréquences plus élevées.

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