Transistores MESFET: Guia Completo para Desempenho e Aplicações RF

Tipos variados de transistores existem no mercado, muitos dos quais servem a um propósito único. Alguns também oferecem recursos especiais para aplicações de circuito específicas. 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 RF. Outras características também garantem que ele alcance alto desempenho. Profissionais precisarão entender o MESFET e suas condições de funcionamento antes de integrá-lo em circuitos. Este artigo ajudará você a dar uma olhada de perto no dispositivo. Então, vamos começar!

Transistor de Efeito de Campo Metal-Semicondutor

Diagrama esquemático de um Transistor de Efeito de Campo Metal-Semicondutor.

Fonte: Wikimedia Commons

Um MESFET (transistor de efeito de campo metal-semicondutor) é idêntico à operação e construção de um JFET, mas com uma diferença principal. Geralmente, ele 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 RF de alta potência.

Por outro lado, você também pode utilizar um MESFET de GaAs (Arsenieto de Gálio), que tem mobilidade de elétrons melhorada para altas frequências. Ele apresenta uma camada ativa e um substrato semi-isolante com capacitância parasita baixa. O MESFET GaAs fornece 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

Dois tipos de MESFET existem 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. Este tipo também fornece 20 vezes mais mobilidade de elétrons que a mobilidade de lacunas do GaAs.

Construção e Funcionamento do MESFET

Diagrama mostrando a estrutura do MESFET.

Fonte: Wikimedia Commons

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

Quando o gate define para uma condição polarizada negativamente, ele controla o fluxo de corrente do canal. Para alcançar isso, ele gerará uma região de depleção desprovida de portadores de carga próxima ao gate revestido de metal. Em efeito, este processo, chamado modulação de largura de canal de portadores, restringe a corrente do canal.

Símbolo do MESFET

Imagem representando o símbolo do MESFET.

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

Operação do MESFET

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

Modo de realce MESFET: Neste modo, a região de depleção tem espaço suficiente para bloquear portadores de carga do gate para a fonte. Adicionalmente, o MESFET define para um estado desligado por padrão. Ele também recebe tensão positiva entre os terminais de gate e fonte, encolhendo a região de depleção. Como resultado, o canal gera uma corrente. No entanto, uma grande corrente flui quando a junção do diodo Schottky define para polarização direta devido à tensão gate-fonte positiva.

Modo de depleção MESFET: O MESFET opera em modo de depleção quando a região de depleção falha em expandir para o substrato tipo p. Geralmente, este modo ativará sem uma tensão gate-fonte negativa. Após aplicar uma tensão negativa, o MESFET modo de depleção desativará, 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 de elétrons.

As principais características do MESFET incluem:

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

Prevenção de armadilhas de óxido: Diferente do popular MOSFET de silício, um MESFET pode prevenir armadilhas de óxido.

Alto nível de controle de geometria: Além disso, MESFET fornece controle de comprimento de canal melhorado comparado ao JFET. Um alto controle de geometria melhora o desempenho do produto, permitindo geometrias pequenas para frequências de rádio RF.

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

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

Alta mobilidade de elétrons: Amplificadores com tecnologia semicondutora MESFET, que fornece alta mobilidade de elétrons, operam em frequências entre 50GHz e 100GHz.

Aplicações do MESFET

Celulares comumente apresentam um MESFET.

MESFETs integram em muitas aplicações, incluindo:

• Celulares
• Circuitos de micro-ondas
• Comunicações por satélite
• Amplificadores RF
• Radar
• Dispositivos de alta frequência
• Optoeletrônica comercial
• Vantagens e desvantagens do MESFET

Um MESFET Oferece Algumas Vantagens Distintas Junto com uma Principal Desvantagem:

Vantagens:

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

Desvantagens:

• A tensão de ligação do diodo Schottky de GaAs define para 0.7V. Como resultado, a tensão de limiar deve ser menor que este valor. Como resultado, este recurso tornará difícil produzir circuitos que requerem MESFETs de modo de realce.
  

MESFET vs. MOSFET

Imagem mostrando um MOSFET integrado em um circuito.

Fonte: Wikimedia Commons

A principal diferença entre um MESFET e MOSFET envolve suas capacidades operacionais. Neste caso, um MOSFET define para o estado desligado até que seu gate receba tensão maior que o limiar. Enquanto isso, o MESFET permanece ligado por padrão até que receba uma tensão reversa.

Resumo

No geral, um MESFET apresenta um gate, fonte e dreno terminal, similar a um JFET. Além disso, o terminal de gate serve como a junção Schottky, que consiste em um revestimento de metal. Esta região controla a largura da zona de depleção quando o dispositivo ativa ou desativa. Tal configuração também torna o transistor diferente dos JFETs, que dependem de uma junção p-n. Além disso, você pode integrar um MESFET GaAs em circuitos que requerem frequências mais altas.

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