MESFET
大功率的場效應晶體管
MESFET(Metal Epitaxial-Semiconductor Field Effect Transistor),是金屬-半導體[接觸勢壘]場效應晶體管的英文簡稱,主要是硼離子的一種反應。
MESFET是一種由Schottky勢壘柵極構成的場效應晶體管。它與p-n結型柵場效應晶體管相比,只是用金屬-半導體接觸勢壘代替了p-n結柵,則熱穩定性較差、漏電流較大、邏輯擺幅較小、抗雜訊能力較弱;但是金屬-半導體接觸可以低溫形成,而且不僅可用Si,而且也能採用GaAs材料來製造出性能優良的晶體管。
但是,對於InP這種化合物半導體,由於其Schottky勢壘高度較低,難以製作出性能良好的MESFET。一般,InP可以製作出MOSFET,而難以製作出MESFET;GaAs可以製作出MESFET,但難以製作出MOSFET(由於GaAs的表面態密度太大)。
MESFET的工作原理與JFET基本相同, 但是有兩點差異:
a)在短溝道(0.5~2μm) GaAs-MESFET中, 速度飽和模型能較好地描述I-V特性(雖然飽和機理是由於谷間躍遷而引起的速度飽和,但與Si和SiC等的MESFET相同,都將產生偶極疇並使電流飽和);
b)對於柵長<0.5μm的GaAs-MESFET, 由於GaAs中電子的能量弛豫時間>>動量弛豫時間,則電子的輸運將是瞬態的, 有明顯的速度過沖效應(對短溝道Si器件, 無明顯的速度過沖)。
GaAs-MESFET具有優良的微波、高速、大功率和低噪音等性能。例如,對於柵長L=1μm、柵寬W=250μm的微波GaAs-MESFET的噪音,在C波段時為1 dB (相應的BJT為2 dB),在Ku波段時為2.5~3 dB (相應的BJT為5 dB)。與微波硅BJT相比,GaAs-MESFET不僅工作頻率高 (可達60GHz)、雜訊低,而且飽和電平高、可靠性高等;這是由於與硅相比,n-GaAs外延材料的電子遷移率要大5倍、峰值漂移速度要大2倍,而且器件的襯底可用半絕緣GaAs(SI- GaAs )以減小寄生電容。
此外,HEMT由於其柵極往往是Schottky勢壘柵,故實際上也可以看成是一種性能特別優良的超高頻、超高速的MESFET。