11. Inne urządzenia
BIEŻĄCY - 11. Inne urządzenia
POPRZEDNI 10. Konstrukcja wzmacniacza FET
Inne urządzenia
Inne urządzenia, które są wynikiem normalnych urządzeń dwu- i trzy-terminalowych, zostały przedstawione w tej sekcji.
11.1 Metal Semiconductor Barrier Jrier Transistor
Połączenia tranzystor z metalową półprzewodnikową barierą (MESFET) jest podobny do FET, z tym wyjątkiem, że złącze jest metalową barierą półprzewodnikową, podobnie jak w przypadku diod Schottky'ego. FET wykonane z krzemu (Si) lub arsenku galu (GaAs) są zbudowane z bramek z dyfuzją lub implantem jonowym. Istnieją jednak zalety stosowania metalowej bramki barierowej Schottky'ego, gdy kanał jest n-typ i krótkie szerokości kanałów. Arsenek galu (GaAs) jest trudny w obróbce, ale tworzy dobre bariery Schottky'ego, które są przydatne w zastosowaniach o wysokiej częstotliwości, ponieważ elektrony przemieszczają się szybciej w GaAs niż w Si. Użycie GaAs w tranzystorach MESFET daje w wyniku tranzystor, który wykazuje dobrą wydajność w zastosowaniach mikrofalowych. W porównaniu z krzemowym tranzystorem bipolarnym, tranzystory GaAs MESFET mają lepszą wydajność przy częstotliwościach wejściowych powyżej 4 GHz. Te tranzystory MESFET charakteryzują się dużym wzmocnieniem, niskim poziomem szumów, wysoką wydajnością, wysoką impedancją wejściową i właściwościami zapobiegającymi niekontrolowanemu wzrostowi temperatury. Są stosowane w oscylatorach mikrofalowych, wzmacniaczach, mikserach, a także do szybkiego przełączania. Tranzystory GaAs MESFET są używane w aplikacjach o wysokiej częstotliwości.
11.2 VMOSFET (VMOS)
Poczyniono znaczne wysiłki badawcze w celu zwiększenia możliwości zasilania urządzeń półprzewodnikowych. Obszarem, który okazał się bardzo obiecujący, jest tranzystor MOSFET, w którym kanał przewodzący jest modyfikowany tak, aby tworzył „V”, a nie konwencjonalną linię prostą źródło-dren. Dodano dodatkową warstwę półprzewodnika. Termin VMOS wywodzi się z faktu, że prąd między źródłem a drenażem podąża ścieżką pionową ze względu na konstrukcję. Odpływ znajduje się teraz na kawałku dodanego materiału półprzewodnikowego, jak pokazano na rysunku 47. Umożliwia to umieszczenie obszaru odpływu tranzystora w kontakcie z radiatorem, aby pomóc w rozpraszaniu ciepła wytwarzanego w urządzeniu. Brama w kształcie litery V steruje dwoma pionowymi tranzystorami MOSFET, po jednym z każdej strony nacięcia. Równoległe połączenie dwóch zacisków S pozwala na podwojenie pojemności prądowej. VMOS jest niesymetryczny, więc zaciski S i D nie mogą być wymieniane, jak w przypadku tranzystorów MOS o małej mocy. Konwencjonalne tranzystory polowe są ograniczone do prądów rzędu miliamperów, ale tranzystory polowe VMOS są dostępne do pracy w zakresie prądu 100A. Zapewnia to znaczną poprawę mocy w stosunku do konwencjonalnego FET.
Urządzenie VMOS może stanowić rozwiązanie dla aplikacji o wysokiej częstotliwości i dużej mocy. Dziesięć watowych urządzeń zostało opracowanych na częstotliwościach w dolnym paśmie ultrawysokiej częstotliwości (UHF). Istnieją inne ważne zalety FET VMOS. Mają ujemny współczynnik temperaturowy, aby zapobiec ucieczce ciepła. Również wykazują niski prąd upływu. Są w stanie osiągnąć wysoką prędkość przełączania. Tranzystory VMOS mogą mieć taki sam odstęp krzywych charakterystycznych dla równych przyrostów napięcia bramki, dzięki czemu mogą być używane jak bipolarne tranzystory połączeniowe dla wzmacniaczy liniowych dużej mocy.
Rysunek 47 - konstrukcja VMOS
11.3 Inne urządzenia MOS
Innym rodzajem urządzenia MOS jest a podwójnie rozproszony proces produkcji FET Czasem nazywany DMOS. To urządzenie ma tę zaletę, że zmniejsza długość kanałów, zapewniając w ten sposób doskonałe rozpraszanie małej mocy i wysoką prędkość.
Wytwarzanie FET na małych wyspach krzemowych na podłożu szafirowym jest czasami określane jako SOS. Wyspy krzemu powstają przez wytrawianie cienkiej warstwy krzemu wyhodowanego na podłożu szafirowym. Ten rodzaj wytwarzania zapewnia izolację między wyspami krzemu, co znacznie zmniejsza pojemność pasożytniczą między urządzeniami.
Zaletą technologii MOS jest to, że zarówno kondensatory, jak i rezystory (z wykorzystaniem tranzystorów MOSFET) są wytwarzane w tym samym czasie, co FET, chociaż kondensatory o dużej wartości nie są możliwe. Używając ulepszonego MOSFET-u, powstaje rezystancja dwóch terminali, a bramka MOSFET podłączona do odpływu powoduje, że tranzystor polowy FET działa przy zaciśnięciu. Bramka MOSFET jest podłączona do odpływu przez źródło zasilania, co powoduje, że tranzystor polowy jest spolaryzowany w miejscu, w którym będzie działał w regionie oporowym o kontrolowanej charakterystyce napięcia. W ten sposób rezystory drenujące są zastępowane przez tranzystor MOSFET, a nie rezystor zdeponowany, oszczędzając w ten sposób obszar układu scalonego.
PODSUMOWANIE
Celem tego rozdziału było wprowadzenie do analizy i projektowania obwodów wzmacniacza z wykorzystaniem tranzystorów polowych. FET jest zupełnie inny niż BJT. Jego działanie jest kontrolowane przez napięcie w przeciwieństwie do BJT, który jest urządzeniem sterowanym prądem.
Nasze podejście było zbieżne z podejściem z rozdziałów BJT. Zaczęliśmy od zbadania zjawisk fizycznych, które rządzą zachowaniem FET. W tym procesie podkreśliliśmy kontrast między FET a BJT. Rozpoczęliśmy nasze badania od MOSFET, a następnie zwróciliśmy uwagę na JFET. Opracowaliśmy również modele małych sygnałów dla tych ważnych urządzeń. Wykorzystaliśmy te modele do analizy różnych konfiguracji wzmacniaczy FET. Kiedy już wiedzieliśmy, jak analizować obwody FET, zwróciliśmy naszą uwagę na projektowanie, aby spełnić wymagania. Zbadaliśmy również modele wykorzystywane przez programy do symulacji komputerowej.
Pokrótce przyjrzeliśmy się sposobowi wytwarzania FET jako części układów scalonych. Rozdział zakończył się wprowadzeniem do innych typów urządzeń FET, w tym MESFET i VMOS.
