Transistores MESFET:Todo lo que necesitas saber

Existen varios tipos de transistores en el mercado, muchos de los cuales tienen un propósito único. Algunos también ofrecen características especiales para aplicaciones de circuitos específicos. En este artículo, analizamos los transistores MESFET, un transistor de efecto de campo. Este dispositivo semiconductor puede controlar el flujo de corriente a través del canal, lo que lo hace ideal para implementaciones de RF. Otras características también aseguran que alcance un alto rendimiento. Los profesionales deberán comprender el MESFET y sus condiciones de trabajo antes de integrarlo en los circuitos. Este artículo lo ayudará a observar de cerca el dispositivo. ¡Así que empecemos!

Transistor de efecto dield de metal-semiconductor

Diagrama esquemático de un transistor de efecto de campo de metal-semiconductor.

Fuente:Wikimedia Commons

Un MESFET (transistor de efecto de campo de metal-semiconductor) es idéntico en operación y construcción a un JFET, pero con una diferencia principal. En general, presenta una unión Schottky en lugar de una unión p-n para alterar el ancho de la región de agotamiento y controlar la conducción. Con esto en mente, puede implementar un MESFET en aplicaciones de circuitos de RF de alta potencia.

Por otro lado, también puede utilizar un MESFET de GaAs (arseniuro de galio), que ha mejorado la movilidad de los electrones para altas frecuencias. Presenta una capa activa y un sustrato semiaislante con baja capacitancia parásita. El MESFET GaAs proporciona un excelente rendimiento para aplicaciones que requieren alta potencia (40W) y baja potencia. Por ejemplo, esto incluye radar, comunicaciones por satélite y comunicaciones por microondas.

Tipos de MESFET

Actualmente existen dos tipos de MESFET en el mercado, canal N y canal P. Sin embargo, el canal N es más popular debido a que sus electrones actúan como portadores de carga. Este tipo también proporciona 20 veces más movilidad de electrones que la movilidad de huecos de GaAs.

MESFET Construcción y Trabajo

Diagrama que muestra la estructura MESFET.

Fuente:Wikimedia Commons

Un MESFET contiene una única capa semiconductora ultradelgada, ligeramente dopada, denominada canal. El canal graba sobre un sustrato semiaislante que tiene semiconductores fuertemente dopados en ambos extremos, conocido como fuente o drenaje. Mientras tanto, el metal cubre la parte superior del canal, que forma la unión Schottky, fabricada entre las dos terminales. Esta área también representa la terminal de la puerta.

Cuando la puerta se establece en una condición de polarización negativa, controla el flujo de corriente del canal. Para lograrlo, generará una región de agotamiento sin portador de carga cerca de la puerta recubierta de metal. En efecto, este proceso, llamado modulación del ancho del canal de la portadora, restringe la corriente del canal.

Símbolo MESFET

Imagen que representa el símbolo MESFET.

La región de agotamiento se ensancha en la puerta terminal. En el símbolo, como se muestra arriba, la flecha del canal P apunta hacia afuera mientras que la flecha del canal N apunta hacia adentro.

Operación MESFET

En general, el MESFET opera en dos modos, modo de mejora y modo de agotamiento:

Modo de mejora MESFET: En este modo, la región de agotamiento tiene espacio suficiente para bloquear los portadores de carga desde la puerta hasta la fuente. Además, el MESFET se establece en un estado desactivado de forma predeterminada. También recibe voltaje positivo entre los terminales de la puerta y la fuente, lo que reduce la región de agotamiento. Como resultado, el canal genera una corriente. Sin embargo, fluye una gran corriente cuando la unión del diodo Schottky se establece en polarización directa debido al voltaje positivo de puerta a fuente.

Modo de agotamiento MESFET: El MESFET opera en modo de agotamiento cuando la región de agotamiento no logra expandirse al sustrato de tipo p. Generalmente, este modo se activará sin un voltaje de fuente de puerta negativo. Después de aplicar un voltaje negativo, el modo de agotamiento MESFET se desactivará, aumentando el ancho de la región de agotamiento. Por lo tanto, evita el flujo de portadores cargados desde la fuente hasta el drenaje.

Características del MESFET

Un MESFET proporciona una alta movilidad de electrones.

Las principales características de MESFET incluyen:

Alta impedancia de entrada: Los MESFET ofrecen una impedancia de entrada más alta que los transistores bipolares debido a la unión de diodos.

Prevención de trampas de óxido: A diferencia del popular MOSFET de silicio, un MESFET puede evitar las trampas de óxido.

Nivel de control de geometría alto: Además, MESFET proporciona un control de longitud de canal mejorado en comparación con JFET. Un control de alta geometría mejora el rendimiento del producto, permitiendo pequeñas geometrías para radiofrecuencias de RF.

Baja capacitancia: En general, una estructura de puerta de diodo Schottky proporciona bajos niveles de capacitancia, ideal para aplicaciones de RF y microondas.

Coeficiente de temperatura negativo: El MESFET puede evitar que ocurran problemas térmicos debido a su coeficiente de temperatura negativo.

Movilidad de electrones alta: Los amplificadores con tecnología de semiconductores MESFET, que proporciona alta movilidad de electrones, operan en frecuencias entre 50 GHz y 100 GHz.

Aplicaciones de MESFET

Los teléfonos móviles suelen tener un MESFET.

Los MESFET se integran en muchas aplicaciones, incluidas:

• Teléfonos móviles
• Circuitos de microondas
• Comunicaciones por satélite
• Amplificadores de RF
• Radar
• Dispositivos de alta frecuencia
• Optoelectrónica comercial
• Ventajas y desventajas de MESFET

UN MESFET ofrece algunas ventajas distintas junto con una desventaja principal:

Ventajas:

• Operación de alta frecuencia
• Diseñado sin una capa de óxido para evitar trampas de óxido
• Alto nivel de control de geometría
• Alta impedancia de entrada

Desventajas:

• El voltaje de encendido del diodo GaAs Schottky se establece en 0,7 V. Como resultado, el voltaje de umbral debe ser menor que este valor. Como resultado, esta función dificultará la producción de circuitos que requieran MESFET en modo mejorado.
  

MESFET frente a MOSFET

Imagen que muestra un MOSFET integrado en un circuito.

Fuente:Wikimedia Commons

La principal diferencia entre un MESFET y un MOSFET tiene que ver con sus capacidades operativas. En este caso, un MOSFET se pone en estado apagado hasta que su puerta recibe un voltaje superior al umbral. Mientras tanto, el MESFET permanece encendido por defecto hasta que recibe un voltaje inverso.

Resumen

En general, un MESFET presenta una terminal de compuerta, fuente y drenaje, similar a un JFET. Además, la terminal de la puerta sirve como unión Schottky, que consiste en un revestimiento de metal. Esta región controla el ancho de la zona de agotamiento cuando el dispositivo se activa o desactiva. Tal configuración también hace que el transistor sea diferente de los JFET, que se basan en una unión p-n. Además, puede integrar un MESFET de GaAs en circuitos que requieran frecuencias más altas.

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