11. Autres appareils
ACTUEL - 11. Autres appareils
PRÉCÉDENT-10. Conception d'amplificateur FET
Autres appareils
Cette section présente d’autres périphériques qui dépassent les périphériques normaux à deux et trois terminaux.
Transistor de jonction à barrière semi-conductrice en métal 11.1
La transistor à jonction barrière à semi-conducteur métallique (MESFET) est similaire à un FET, à la différence que la jonction est une barrière métallique à semi-conducteur, comme dans le cas des diodes Schottky. Les FET en silicium (Si) ou en arséniure de gallium (GaAs) sont construits avec des grilles à diffusion diffusée ou à implantation ionique. Cependant, l’utilisation d’une barrière en métal à barrière de Schottky présente des avantages, n-type et des largeurs de canal courtes sont nécessaires. L'arséniure de gallium (GaAs) est difficile à travailler, mais il constitue de bonnes barrières Schottky qui sont utiles dans les applications haute fréquence car les électrons voyagent plus rapidement dans GaAs que dans Si. L'utilisation de GaAs dans les MESFET donne un transistor qui présente de bonnes performances dans les applications micro-ondes. En comparaison avec le transistor bipolaire en silicium, les MESFET GaAs ont de meilleures performances à des fréquences d'entrée supérieures à 4 GHz. Ces MESFET présentent un gain élevé, un faible bruit, un rendement élevé, une impédance d'entrée élevée et des propriétés qui empêchent l'emballement thermique. Ils sont utilisés dans les oscillateurs micro-ondes, les amplificateurs, les mélangeurs et aussi pour la commutation à grande vitesse. Les MESFET GaAs sont utilisés pour les applications haute fréquence.
11.2 VMOSFET (VMOS)
Des efforts de recherche considérables ont été déployés pour augmenter la capacité d'alimentation des dispositifs à semi-conducteurs. Un domaine qui s'est montré très prometteur est le MOSFET où le canal de conduction est modifié pour former un «V» plutôt que la ligne droite conventionnelle source-drain. Une couche semi-conductrice supplémentaire est ajoutée. Le terme VMOS est dérivé du fait que le courant entre la source et le drain suit un chemin vertical dû à la construction. Le drain est maintenant situé sur un morceau de matériau semi-conducteur ajouté, comme illustré sur la figure 47. Cela permet à la zone de drain du transistor d'être mise en contact avec un dissipateur de chaleur pour aider à dissiper la chaleur générée dans le dispositif. La porte en forme de V contrôle deux MOSFET verticaux, un de chaque côté de l'encoche. En parallèle des deux terminaux S, la capacité actuelle peut être doublée. VMOS étant asymétrique, les terminaux S et D ne peuvent pas être interchangés, contrairement aux MOS FET de faible puissance. Les FET conventionnels sont limités aux courants de l'ordre du milliampère, mais les FET VMOS sont disponibles pour un fonctionnement dans la plage de courant 100A. Ceci fournit une grande amélioration de puissance par rapport aux FET conventionnels.
Le périphérique VMOS peut fournir une solution aux applications haute fréquence et haute puissance. Des dispositifs de 10 watts ont été développés à des fréquences situées dans la bande des basses fréquences ultra-haute (UHF). Les FET VMOS présentent d’autres avantages importants. Ils ont un coefficient de température négatif pour éviter l'emballement thermique. En outre, ils présentent un faible courant de fuite. Ils sont capables d'atteindre une vitesse de commutation élevée. Les transistors VMOS peuvent avoir des espacements égaux de leurs courbes caractéristiques pour des incréments égaux de la tension de grille. Ils peuvent donc être utilisés comme des transistors à jonction bipolaires pour des amplificateurs linéaires de forte puissance.
Figure 47 - Construction VMOS
11.3 Autres appareils MOS
Un autre type de périphérique MOS est un FET fabriqué par procédé à double diffusion appelé quelques fois DMOS. Ce dispositif présente l’avantage de réduire la longueur des canaux, offrant ainsi une excellente dissipation de puissance et une vitesse élevée.
La fabrication d’un FET sur de petits îlots de silicium sur un substrat de saphir est parfois appelée URGENCES. Les îlots de silicium sont formés en gravant une couche mince de silicium formée sur le substrat en saphir. Ce type de fabrication assure une isolation entre les îlots de silicium, réduisant ainsi considérablement la capacité parasite entre les dispositifs.
La technologie MOS présente l'avantage que les condensateurs et les résistances (utilisant des MOSFET) sont fabriqués en même temps que le FET, bien que des condensateurs de grande valeur ne soient pas réalisables. À l'aide d'un MOSFET d'amélioration, une résistance à deux bornes est créée et la porte MOSFET connectée au drain force le FET à fonctionner au pincement. La porte MOSFET est connectée au drain via une source d'alimentation, ce qui provoque la polarisation du FET là où il fonctionnera dans la région de résistance contrôlée par la tension des caractéristiques. De cette manière, les résistances de charge de drain sont remplacées par un MOSFET plutôt que par une résistance déposée, ce qui préserve la surface de la puce.
RÉSUMÉ
Le but de ce chapitre était de vous présenter l’analyse et la conception de circuits amplificateurs utilisant des transistors à effet de champ. Le FET est assez différent du BJT. Son fonctionnement est contrôlé par une tension, contrairement au BJT, qui est un appareil à commande de courant.
Notre approche est parallèle à celle des chapitres du BJT. Nous avons commencé par examiner les phénomènes physiques qui régissent le comportement des FET. Dans le processus, nous avons souligné le contraste entre les FET et les BJT. Nous avons commencé notre étude avec les MOSFET, puis nous nous sommes tournés vers les JFET. Nous avons également développé des modèles à petit signal pour ces appareils importants. Nous avons utilisé ces modèles pour analyser les différentes configurations d’amplificateurs FET. Une fois que nous avons su analyser les circuits FET, nous avons concentré notre attention sur une conception conforme aux spécifications. Nous avons également examiné les modèles utilisés par les programmes de simulation sur ordinateur.
Nous avons brièvement examiné la manière dont les FET sont fabriqués dans le cadre de circuits intégrés. Le chapitre s'est terminé par une introduction à d'autres types de dispositifs FET, notamment le MESFET et le VMOS.
