11. Andere Geräte
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Andere Geräte
In diesem Abschnitt werden andere Geräte vorgestellt, die aus den normalen Geräten mit zwei und drei Anschlüssen hervorgegangen sind.
11.1 Metal Semiconductor Barrier Junction Transistor
Das Metall-Halbleiter-Sperrschichttransistor (MESFET) ähnelt einem FET, mit der Ausnahme, dass der Übergang eine Metallhalbleitersperre ist, ähnlich wie dies bei Schottky-Dioden der Fall ist. FETs aus Silizium (Si) oder Galliumarsenid (GaAs) sind mit diffundierten oder ionenimplantierten Gates aufgebaut. Es gibt jedoch Vorteile, ein Schottky-Barriere-Metallgate zu verwenden, wenn der Kanal ist n-Typ und kurze Kanalbreiten werden benötigt. Galliumarsenid (GaAs) ist schwer zu verarbeiten, bietet jedoch gute Schottky-Barrieren, die für Hochfrequenzanwendungen nützlich sind, da sich Elektronen in GaAs schneller fortbewegen als in Si. Die Verwendung von GaAs in MESFETs führt zu einem Transistor, der in Mikrowellenanwendungen eine gute Leistung zeigt. Im Vergleich zum Silizium-Bipolartransistor weisen GaAs-MESFETs bei Eingangsfrequenzen über 4 GHz eine bessere Leistung auf. Diese MESFETs weisen eine hohe Verstärkung, ein geringes Rauschen, einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Eingangsimpedanz und Eigenschaften auf, die ein thermisches Durchgehen verhindern. Sie werden in Mikrowellenoszillatoren, Verstärkern, Mischern und auch zum Hochgeschwindigkeitsschalten verwendet. GaAs-MESFETs werden für Hochfrequenzanwendungen verwendet.
11.2 VMOSFET (VMOS)
Beträchtliche Forschungsanstrengungen wurden unternommen, um die Leistungsfähigkeit von Festkörpergeräten zu erhöhen. Ein vielversprechender Bereich ist der MOSFET, bei dem der Leitungskanal so modifiziert wird, dass er anstelle der herkömmlichen geraden Source-Drain-Linie ein „V“ bildet. Eine zusätzliche Halbleiterschicht wird hinzugefügt. Der Begriff VMOS ergibt sich aus der Tatsache, dass der Strom zwischen Source und Drain konstruktionsbedingt einem vertikalen Pfad folgt. Der Drain befindet sich nun auf einem Stück hinzugefügtem Halbleitermaterial, wie in Abbildung 47 dargestellt. Dies ermöglicht, dass der Transistor-Drain-Bereich in Kontakt mit einer Wärmesenke gebracht wird, um die Ableitung der in der Vorrichtung erzeugten Wärme zu unterstützen. Das V-förmige Gate steuert zwei vertikale MOSFETs, einen auf jeder Seite der Kerbe. Durch Parallelschalten der beiden S-Terminals kann die aktuelle Kapazität verdoppelt werden. VMOS ist unsymmetrisch, so dass die S- und D-Anschlüsse nicht vertauscht werden können, wie dies bei MOS-FETs mit geringer Leistung der Fall ist. Herkömmliche FETs sind auf Ströme in der Größenordnung von Milliampere begrenzt, aber VMOS-FETs sind für den Betrieb im 100A-Strombereich verfügbar. Dies bietet eine große Leistungsverbesserung gegenüber dem herkömmlichen FET.
Das VMOS-Gerät bietet eine Lösung für Hochfrequenzanwendungen mit hoher Leistung. Zehn-Watt-Geräte wurden für Frequenzen im unteren Ultrahochfrequenzband (UHF) entwickelt. Es gibt andere wichtige Vorteile von VMOS-FETs. Sie haben einen negativen Temperaturkoeffizienten, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern. Sie weisen auch einen geringen Leckstrom auf. Sie sind in der Lage, hohe Schaltgeschwindigkeiten zu erreichen. VMOS-Transistoren können für gleiche Inkremente der Gate-Spannung mit gleichem Abstand ihrer Kennlinien versehen werden, so dass sie wie Bipolar-Sperrschichttransistoren für Hochleistungs-Linearverstärker verwendet werden können.
Abbildung 47 - VMOS-Konstruktion
11.3 Andere MOS-Geräte
Ein anderer Typ eines MOS-Bauelements ist a Doppeldiffundierter prozessgefertigter FET manchmal angerufen DMOS. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass die Länge der Kanäle verringert wird, wodurch eine hervorragende Verlustleistung und eine hohe Geschwindigkeit erzielt werden.
Die Herstellung eines FET auf kleinen Siliziuminseln auf einem Saphirsubstrat wird manchmal als bezeichnet SOS. Die Siliziuminseln werden durch Ätzen einer auf dem Saphirsubstrat gewachsenen dünnen Siliziumschicht gebildet. Diese Art der Herstellung stellt eine Isolierung zwischen den Siliziuminseln bereit, wodurch die parasitäre Kapazität zwischen Bauelementen stark verringert wird.
Die MOS-Technologie hat den Vorteil, dass sowohl Kondensatoren als auch Widerstände (unter Verwendung von MOSFETs) zur gleichen Zeit wie der FET hergestellt werden, obwohl Kondensatoren mit großem Wert nicht realisierbar sind. Unter Verwendung eines Anreicherungs-MOSFET wird ein Widerstand mit zwei Anschlüssen hergestellt, und das mit dem Drain verbundene MOSFET-Gate bewirkt, dass der FET beim Abschalten arbeitet. Das MOSFET-Gate ist über eine Stromquelle mit dem Drain verbunden, wodurch der FET vorgespannt wird, wo er im spannungsgesteuerten Widerstandsbereich der Eigenschaften arbeitet. Auf diese Weise werden Drain-Last-Widerstände durch einen MOSFET anstelle eines abgeschiedenen Widerstands ersetzt, wodurch Chipfläche eingespart wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Der Zweck dieses Kapitels bestand darin, Sie in die Analyse und den Entwurf von Verstärkerschaltungen mit Feldeffekttransistoren einzuführen. Der FET unterscheidet sich erheblich vom BJT. Sein Betrieb wird durch eine Spannung gesteuert, die im Gegensatz zu dem BJT steht, bei dem es sich um ein stromgesteuertes Gerät handelt.
Unser Ansatz entsprach dem der BJT-Kapitel. Wir begannen mit einer Untersuchung der physikalischen Phänomene, die das FET-Verhalten bestimmen. Dabei haben wir den Kontrast zwischen FETs und BJTs betont. Wir haben unser Studium mit MOSFETs begonnen und uns dann mit JFETs befasst. Auch für diese wichtigen Geräte haben wir Kleinsignalmodelle entwickelt. Wir haben diese Modelle verwendet, um die verschiedenen Konfigurationen von FET-Verstärkern zu analysieren. Nachdem wir die Analyse von FET-Schaltkreisen verstanden hatten, konzentrierten wir uns auf das Design, um die Spezifikationen zu erfüllen. Wir haben auch die Modelle untersucht, die von Computersimulationsprogrammen verwendet werden.
Wir haben uns kurz mit der Art und Weise befasst, in der FETs als Teil integrierter Schaltungen hergestellt werden. Das Kapitel endete mit einer Einführung in andere Arten von FET-Bauelementen, einschließlich des MESFET und des VMOS.
