Transistores MESFET:tudo o que você precisa saber

Existem vários tipos de transistores no mercado, muitos dos quais servem a um propósito único. Alguns também oferecem recursos especiais para aplicações de circuitos específicos. Neste artigo, discutimos os transistores MESFET, um transistor de efeito de campo. Este dispositivo semicondutor pode controlar o fluxo de corrente através do canal, tornando-o ideal para implementações de RF. Outras características também garantem um alto desempenho. Os profissionais precisarão entender o MESFET e suas condições de trabalho antes de integrá-lo aos circuitos. Este artigo irá ajudá-lo a dar uma olhada no dispositivo. Então vamos começar!

Transistor de efeito dielétrico semicondutor de metal

Diagrama esquemático de um transistor de efeito de campo metal-semicondutor.

Fonte:Wikimedia Commons

Um MESFET (transistor de efeito de campo metal-semiconductor) é idêntico à operação e construção de um JFET, mas com uma diferença principal. Geralmente, apresenta uma junção Schottky em vez de uma junção p-n para alterar a largura da região de depleção e controlar a condução. Com isso em mente, você pode implementar um MESFET em aplicações de circuitos de RF de alta potência.

Por outro lado, você também pode utilizar um MESFET de GaAs (arseneto de gálio), que melhorou a mobilidade eletrônica para altas frequências. Possui uma camada ativa e um substrato semi-isolante com baixa capacitância parasita. O GaAs MESFET oferece excelente desempenho para aplicações que exigem alta potência (40W) e baixa potência. Por exemplo, isso inclui radar, comunicações por satélite e comunicação por micro-ondas.

Tipos de MESFET

Existem dois tipos de MESFET no mercado hoje, canal N e canal P. No entanto, o canal N é mais popular devido aos seus elétrons atuando como portadores de carga. Esse tipo também fornece 20 vezes mais mobilidade de elétrons do que a mobilidade de lacunas de GaAs.

Construção e Trabalho do MSFET

Diagrama mostrando a estrutura MESFET.

Fonte:Wikimedia Commons

Um MESFET contém uma única camada semicondutora ultrafina e levemente dopada com n, chamada de canal. O canal grava em um substrato semi-isolante com semicondutores fortemente dopados em ambas as extremidades, conhecidos como fonte ou dreno. Enquanto isso, o metal cobre a parte superior do canal, que forma a junção Schottky, fabricada entre os dois terminais. Esta área também representa o terminal do portão.

Quando a porta se ajusta a uma condição de polarização negativa, ela controla o fluxo de corrente do canal. Para conseguir isso, ele gerará uma região de depleção desprovida de portadores de carga perto do portão revestido de metal. Com efeito, esse processo, chamado de modulação da largura do canal da portadora, restringe a corrente do canal.

Símbolo MESFET

Imagem representando o símbolo MESFET.

A região de depleção se alarga no terminal do portão. No símbolo, como mostrado acima, a seta do canal P aponta para fora enquanto a seta do canal N aponta para dentro.

Operação MESFET

No geral, o MESFET opera em dois modos, modo de aprimoramento e modo de depleção:

Modo de aprimoramento MESFET: Neste modo, a região de depleção tem espaço suficiente para bloquear os portadores de carga da porta para a fonte. Além disso, o MESFET é definido para um estado desativado por padrão. Ele também recebe tensão positiva entre os terminais da porta e da fonte, diminuindo a região de depleção. Como resultado, o canal gera uma corrente. No entanto, uma grande corrente flui quando a junção do diodo Schottky define a polarização direta devido à tensão positiva porta-fonte.

Modo de esgotamento MESFET: O MESFET opera no modo de depleção quando a região de depleção não consegue expandir para o substrato tipo p. Geralmente, este modo será ativado sem uma tensão porta-fonte negativa. Após aplicar uma tensão negativa, o modo de depleção do MESFET será desativado, aumentando a largura da região de depleção. Assim, impede o fluxo de portadores carregados da fonte para o dreno.

Características do MESFET

Um MESFET fornece alta mobilidade eletrônica.

As principais características do MESFET incluem:

Alta impedância de entrada: MESFETs oferecem maior impedância de entrada do que transistores bipolares por causa da junção do diodo.

Prevenção de armadilhas de óxido: Ao contrário do popular MOSFET de silício, um MESFET pode evitar armadilhas de óxido.

Alto nível de controle de geometria: Além disso, o MESFET fornece controle de comprimento de canal aprimorado em comparação com o JFET. Um controle de alta geometria melhora o desempenho do produto, permitindo geometrias pequenas para frequências de rádio RF.

Baixa capacitância: No geral, uma estrutura de porta de diodo Schottky fornece baixos níveis de capacitância, ideais para aplicações de RF e micro-ondas.

Coeficiente de temperatura negativo: O MESFET pode evitar problemas térmicos devido ao seu coeficiente de temperatura negativo.

Alta mobilidade eletrônica: Amplificadores com tecnologia de semicondutores MESFET, que proporcionam alta mobilidade eletrônica, operam em frequências entre 50GHz e 100GHz.

Aplicativos do MESFET

Os telefones celulares geralmente apresentam um MESFET.

Os MESFETs se integram a muitos aplicativos, incluindo:

• Telefones celulares
• Circuitos de microondas
• Comunicação por satélite
• amplificadores de RF
• Radar
• Dispositivos de alta frequência
• Optoeletrônica comercial
• Vantagens e desvantagens do MSFET

Um MESFET oferece algumas vantagens distintas junto com uma desvantagem principal:

Vantagens:

• Operação de alta frequência
• Projetado sem uma camada de óxido para evitar armadilhas de óxido
• Alto nível de controle de geometria
• Alta impedância de entrada

Desvantagens:

• A tensão de ativação do diodo GaAs Schottky é ajustada para 0,7V. Como resultado, a tensão limite deve ser menor que este valor. Como resultado, esse recurso dificultará a produção de circuitos que exigem MESFETs no modo de aprimoramento.
  

MESFET x MOSFET

Imagem mostrando um MOSFET integrado em um circuito.

Fonte:Wikimedia Commons

A principal diferença entre um MESFET e um MOSFET envolve suas capacidades operacionais. Nesse caso, um MOSFET fica no estado desligado até que seu portão receba uma tensão maior que o limite. Enquanto isso, o MESFET permanece ligado por padrão até obter uma tensão reversa.

Resumo

No geral, um MESFET possui um terminal de porta, fonte e dreno, semelhante a um JFET. Além disso, o terminal do portão serve como a junção Schottky, que consiste em um revestimento metálico. Esta região controla a largura da zona de depleção quando o dispositivo é ativado ou desativado. Tal configuração também torna o transistor diferente dos JFETs, que dependem de uma junção p-n. Além disso, você pode integrar um GaAs MESFET em circuitos que exigem frequências mais altas.

Você tem alguma dúvida sobre o MESFET? Sinta-se livre para nos contatar!