11. Outros dispositivos
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Outros dispositivos
Outros dispositivos que são uma conseqüência dos dispositivos normais de dois e três terminais são apresentados nesta seção.
Transistor de junção da barreira do semicondutor do metal de 11.1
A transistor de junção da barreira do semicondutor do metal (MESFET) é semelhante a um FET, exceto que a junção é uma barreira semicondutora de metal, como é o caso dos diodos de Schottky. FETs feitos de silício (Si) ou arsenieto de gálio (GaAs) são construídos com portas difundidas ou implantadas com íon. No entanto, há vantagens em usar uma porta de metal com barreira Schottky quando o canal é n-tipo e larguras de canal curtas são necessárias. O arsenieto de gálio (GaAs) é difícil de trabalhar, mas é uma boa barreira Schottky que é útil em aplicações de alta frequência porque os elétrons viajam mais rápido em GaAs do que em Si. O uso de GaAs em MESFETs resulta em um transistor que apresenta bom desempenho em aplicações de microondas. Em comparação com o transistor bipolar de silício, os MESFETs GaAs têm melhor desempenho em frequências de entrada acima de 4 GHz. Esses MESFETs exibem alto ganho, baixo ruído, alta eficiência, alta impedância de entrada e propriedades que evitam o descontrole térmico. Eles são usados em osciladores de micro-ondas, amplificadores, mixers e também para comutação de alta velocidade. Os MESFETs GaAs são usados para aplicações de alta frequência.
11.2 VMOSFET (VMOS)
Um esforço de pesquisa considerável foi aplicado para aumentar a capacidade de energia dos dispositivos de estado sólido. Uma área que se mostrou muito promissora é o MOSFET, onde o canal de condução é modificado para formar um “V” em vez da linha reta fonte-dreno convencional. Uma camada semicondutora adicional é adicionada. O termo VMOS é derivado do fato de que a corrente entre a fonte e o dreno segue um caminho vertical devido à construção. O dreno está agora localizado em um pedaço de material semicondutor adicionado, conforme ilustrado na Figura 47. Isso permite que a área de dreno do transistor seja colocada em contato com um dissipador de calor para ajudar a dissipar o calor gerado no dispositivo. O portão em forma de V controla dois MOSFETs verticais, um de cada lado do entalhe. Paralelando os dois terminais S, a capacidade atual pode ser duplicada. O VMOS é assimétrico, de modo que os terminais S e D não podem ser trocados, como é o caso dos MOS FETs de baixa potência. Os FET convencionais são limitados a correntes da ordem de miliamperes, mas os FETs VMOS estão disponíveis para operação na faixa de corrente 100A. Isso proporciona uma grande melhoria no poder sobre o FET convencional.
O dispositivo VMOS pode fornecer uma solução para aplicações de alta frequência e alta potência. Dispositivos de dez watts foram desenvolvidos em freqüências na faixa de freqüência ultra-alta (UHF) mais baixa. Existem outras vantagens importantes dos FETs VMOS. Eles têm um coeficiente de temperatura negativo para evitar a fuga térmica. Também exibem baixa corrente de fuga. Eles são capazes de atingir alta velocidade de comutação. Transistores VMOS podem ser feitos para ter espaçamento igual de suas curvas características para incrementos iguais de voltagem de porta, para que possam ser usados como transistores de junção bipolar para amplificadores lineares de alta potência.
Figura 47 - construção do VMOS
11.3 Outros dispositivos MOS
Outro tipo de dispositivo MOS é um processo FET de dupla difusão as vezes chamado DMOS. Este dispositivo tem a vantagem de diminuir o comprimento dos canais, proporcionando excelente dissipação de baixa potência e alta capacidade de velocidade.
O fabrico de um FET em pequenas ilhas de silício num substrato de safira é por vezes referido como SOS. As ilhas de silício são formadas gravando uma fina camada de silício cultivada no substrato de safira. Este tipo de fabricação fornece isolamento entre as ilhas de silício, reduzindo assim a capacitância parasitária entre os dispositivos.
A tecnologia MOS tem a vantagem de que os capacitores e os resistores (usando MOSFETs) são feitos ao mesmo tempo que o FET, embora os capacitores de grande valor não sejam viáveis. Usando um MOSFET de aprimoramento, é feita uma resistência de dois terminais e a porta do MOSFET conectada ao dreno faz com que o FET funcione com a pinça desligada. A porta do MOSFET é conectada ao dreno através de uma fonte de energia, fazendo com que o FET seja polarizado onde irá operar na região de resistência das características da tensão controlada. Desta forma, os resistores de carga de dreno são substituídos por um MOSFET em vez de um resistor depositado, economizando, assim, a área de cavacos.
RESUMO
O objetivo deste capítulo foi apresentar a você a análise e o projeto de circuitos amplificadores usando transistores de efeito de campo. O FET é bem diferente do BJT. Sua operação é controlada por uma tensão em contraste com o BJT, que é um dispositivo controlado por corrente.
Nossa abordagem foi semelhante à dos capítulos do BJT. Começamos com um exame dos fenômenos físicos que governam o comportamento do FET. No processo, enfatizamos o contraste entre FETs e BJTs. Começamos nosso estudo com MOSFETs e depois voltamos nossa atenção para os JFETs. Também desenvolvemos modelos de sinal pequeno para esses dispositivos importantes. Usamos esses modelos para analisar as várias configurações de amplificadores FET. Uma vez que soubemos como analisar os circuitos FET, voltamos nossa atenção para o design para atender às especificações. Também examinamos os modelos usados pelos programas de simulação de computador.
Analisamos brevemente a maneira como os FETs são fabricados como parte dos circuitos integrados. O capítulo concluiu com uma introdução a outros tipos de dispositivos FET, incluindo o MESFET e o VMOS.
