11. Altri dispositivi
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Altri dispositivi
Altri dispositivi che sono una conseguenza dei normali dispositivi a due e tre terminali sono presentati in questa sezione.
Transistor a giunzione a barriera a semiconduttore metallico 11.1
I transistor a giunzione a semiconduttore metallico (MESFET) è simile a un FET, tranne per il fatto che la giunzione è una barriera di metallo a semiconduttore, proprio come nel caso dei diodi Schottky. FET fatti di silicio (Si) o di arseniuro di gallio (GaAs) sono costruiti con porte a diffusione diffusa o ionizzate. Tuttavia, ci sono dei vantaggi nell'usare un cancello metallico a barriera Schottky quando il canale è n-tipo e larghezze di canale corte sono necessari. L'arseniuro di gallio (GaAs) è difficile da lavorare, tuttavia costituisce buone barriere Schottky utili nelle applicazioni ad alta frequenza perché gli elettroni viaggiano più velocemente in GaAs che in Si. L'utilizzo di GaAs nei MESFET produce un transistor che mostra buone prestazioni nelle applicazioni a microonde. In confronto al transistor bipolare al silicio, i GaAs MESFET hanno prestazioni migliori a frequenze di ingresso superiori a 4 GHz. Questi MESFET mostrano alto guadagno, basso rumore, alta efficienza, alta impedenza di ingresso e proprietà che prevengono il runaway termico. Sono utilizzati in oscillatori a microonde, amplificatori, mixer e anche per la commutazione ad alta velocità. I GaAs MESFET vengono utilizzati per applicazioni ad alta frequenza.
11.2 VMOSFET (VMOS)
Sono stati applicati notevoli sforzi di ricerca per aumentare la capacità di alimentazione dei dispositivi a stato solido. Un'area che ha mostrato molte promesse è il MOSFET in cui il canale di conduzione viene modificato per formare una "V" piuttosto che la linea retta convenzionale da sorgente a drenaggio. Viene aggiunto un ulteriore strato semiconduttore. Il termine VMOS deriva dal fatto che la corrente tra source e drain segue un percorso verticale dovuto alla costruzione. Lo scarico ora si trova su un pezzo di materiale semiconduttore aggiunto, come illustrato nella Figura 47. Ciò consente all'area di scarico del transistor di essere posta a contatto con un dissipatore di calore per aiutare a dissipare il calore generato nel dispositivo. Il gate a forma di V controlla due MOSFET verticali, uno su ciascun lato della tacca. Parallelamente ai due terminali S, la capacità attuale può essere raddoppiata. VMOS è asimmetrico, quindi i terminali S e D non possono essere scambiati, come nel caso dei MOS FET a bassa potenza. I FET convenzionali sono limitati a correnti dell'ordine di milliampere, ma i FET VMOS sono disponibili per il funzionamento nel range attuale di 100A. Ciò fornisce un notevole miglioramento della potenza rispetto al FET convenzionale.
Il dispositivo VMOS può fornire una soluzione per applicazioni ad alta frequenza e alta potenza. Sono stati sviluppati dispositivi da dieci watt a frequenze nella banda ultra-alta frequenza (UHF) inferiore. Esistono altri importanti vantaggi dei FET di VMOS. Hanno un coefficiente di temperatura negativo per prevenire l'instabilità termica. Inoltre presentano una bassa corrente di dispersione. Sono in grado di raggiungere un'elevata velocità di commutazione. I transistor VMOS possono essere realizzati per avere la stessa spaziatura delle loro curve caratteristiche per incrementi uguali della tensione di gate, quindi possono essere utilizzati come transistor a giunzione bipolare per amplificatori lineari ad alta potenza.
Figura 47 - Costruzione VMOS
11.3 Altri dispositivi MOS
Un altro tipo di dispositivo MOS è a FET fabbricato con processo a doppia diffusione a volte chiamato DMOS. Questo dispositivo ha il vantaggio di diminuire la lunghezza dei canali, fornendo così un'eccellente dissipazione a bassa potenza e capacità ad alta velocità.
A volte si fa riferimento alla fabbricazione di un FET su piccole isole di silicio su un substrato di zaffiro Sos. Le isole di silicio si formano incidendo un sottile strato di silicio cresciuto sul substrato di zaffiro. Questo tipo di fabbricazione fornisce isolamento tra le isole del silicio, riducendo così notevolmente la capacità parassita tra i dispositivi.
La tecnologia MOS ha il vantaggio che sia i condensatori che i resistori (usando MOSFET) sono realizzati contemporaneamente al FET, sebbene non siano fattibili condensatori di grande valore. Usando un MOSFET di potenziamento, viene realizzata una resistenza a due terminali e la porta MOSFET collegata allo scarico fa funzionare il FET al pinch-off. La porta MOSFET è collegata allo scarico attraverso una fonte di energia che fa sì che il FET sia polarizzato dove opererà nella regione di resistenza controllata in tensione delle caratteristiche. In questo modo, i resistori di drain-load sono sostituiti da un MOSFET piuttosto che da un resistore depositato, risparmiando così l'area del chip.
SOMMARIO
Lo scopo di questo capitolo era quello di introdurvi all'analisi e alla progettazione di circuiti amplificatori usando transistor ad effetto di campo. Il FET è abbastanza diverso dal BJT. Il suo funzionamento è controllato da una tensione in contrasto con il BJT che è un dispositivo a corrente controllata.
Il nostro approccio era parallelo a quello dei capitoli BJT. Abbiamo iniziato con un esame dei fenomeni fisici che governano il comportamento di FET. Nel processo, abbiamo enfatizzato il contrasto tra FET e BJT. Abbiamo iniziato a studiare con i MOSFET e poi abbiamo rivolto la nostra attenzione ai JFET. Inoltre abbiamo sviluppato modelli a piccolo segnale per questi importanti dispositivi. Abbiamo usato questi modelli per analizzare le varie configurazioni degli amplificatori FET. Una volta saputo come analizzare i circuiti FET, abbiamo rivolto la nostra attenzione al design per soddisfare le specifiche. Abbiamo anche esaminato i modelli utilizzati dai programmi di simulazione al computer.
Abbiamo brevemente esaminato il modo in cui i FET sono fabbricati come parte di circuiti integrati. Il capitolo si è concluso con un'introduzione ad altri tipi di dispositivi FET, tra cui il MESFET e il VMOS.
