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Informe de Electrónica II “Investigación MESFET´s” Christian Fabricio Tenicota Toapanta Código: 435 Escuela Superior Politécnica de Chimborazo [email protected]

Abstract- In this investigation we detail each and every one of the characteristics of MESFET's addition to describing the structure and mode of operation. It also took into the analysis of how the current expressions are modified when taking into other effects such as parasitic resistances or gate current through the Schottky .

I. INTRODUCCIÓN Los transistores de efecto campo de unión (JFET) fueron primero propuestos por Schockley en 1952 y su funcionamiento se basa en el control del paso de la corriente por el campo aplicado a la puerta, constituida por una o varias uniones p-n polarizadas en inverso. Los transistores de efecto de campo de unión metal-semiconductor (MESFET), propuestos en 1966, tienen un funcionamiento muy similar al JFET, pero en los MESFET su control de flujo de corriente se realiza por una unión metal-semiconductor de tipo Schottky. Finalmente existen otro tipo de transistores denominados genéricamente MOSFET (metal-oxidosemiconductor), de desarrollo más reciente, en los que el conductor de la corriente a través del semiconductor se realiza mediante un o separado del semiconductor por una capa aislante (normalmente, oxido de silicio), este tipo de transistores de utiliza preferentemente en la electrónica digital. 1 II. OBJETIVOS A. Objetivo general:  Describir la estructura del MESFET y su modo de operación. B. Objetivo específico:  Conocer las ecuaciones MESFET´s.

que

gobiernan

a

los

dopado tipo P. Encima de este semiconductor hay otra capa conductora tipo N (canal) en la que se conectan tres terminales: los os óhmicos de fuente y drenador y un o Schottky que actúa como puerta. Se pueden encontrar también canales tipo P, sin embargo, son menos frecuentes puesto que la movilidad de los huecos es inferior a la de los electrones. Entre fuente y drenador se hará circular una corriente mediante una tensión aplicada entre estos terminales. Esta corriente se puede controlar a su vez mediante una tensión aplicada al terminal de puerta. El control de esta corriente se realiza gracias a la variación de la zona de carga espacial que aparece en el canal debajo de la puerta. Esta región de vaciamiento aumenta con el incremento de tensión aplicada entre puerta y fuente, VGS. 2

Figura 1. Estructura de un MESFET y detalle de la modificación de la zona de carga espacial para distintas tensiones aplicadas entre los os de puerta y fuente.

Puede ocurrir que al ir aumentando esta tensión se agote por completo el canal, anulándose la corriente entre drenador y fuente para tensiones superiores. A la tensión VGS que agota el canal se le conoce con el nombre de tensión umbral Vt, al igual que se definió en el MOSFET. Para calcularla basta con igualar el espesor de la zona de carga espacial h, que viene dado por:

III. MARCO TEÓRICO

Estructura del MESFET El transistor de efecto campo basado en materiales compuestos más importante es el transistor de efecto campo metal semiconductor (MESFET). El MESFET de GaAs (Figura 1) consta de un sustrato semiaislante o ligeramente

1

W.R. Curtice. “A MESFET model for use in the design of GaAs integrated circuits”, IEEE Trans. MTT, vol. MTT-29, pp. 448-456, May 1980.

Ecuación 1.0

Con el espesor del canal a (Figura 2). Despejando de esa igualdad la tensión umbral se obtiene:

2

W. Shockley. "A unipolar field effect transistor", PROC. IRE, vol. 40, pp. 1365-1376, November 1952.

Ecuación 1.2

todos los transistores de efecto campo. El primero que usó este método fue Shockley en su trabajo de 1952 “Un transistor de efecto campo unipolar”.

Donde ND es la concentración de impurezas donadoras. Se suele definir también la tensión de agotamiento o “pinchoff”, Vp, como: Ecuación 1.3

La unión metal semiconductor está polarizada en inverso para aislar el terminal de puerta de los otros terminales. Al modificar la zona de carga espacial con variaciones de la tensión VGS aparecen efectos capacitivos entre la puerta y el canal, comportamiento análogo al resto de los transistores de efecto campo.

Figura 3 Variación del espesor del canal a-h en un MESFET por efecto de la tensión VDS.

La resistencia de ese elemento de canal se puede escribir como: Ecuación 1.7

Con lo que la caída de potencial en este pequeño segmento será: Ecuación 1.8 Figura 2. Definición del espesor del canal h en un MESFET.

Integrando esta ecuación entre 0 y L se obtiene la relación entre la corriente que circula por el canal con las tensiones aplicadas entre los terminales del transistor:

Principio de operación. La conductancia que presentaría el canal tipo N sin tener en cuenta la zona de carga espacial sería:

Ecuación 1.4

Donde L es la longitud del canal y W su profundidad. La conductividad real de este canal incluyendo los efectos de la zona de carga espacial sería:

Ecuación 1.5

Cuando la zona de carga espacial ocupe todo el canal la conductividad se hará nula. Cuando, además de aplicar una tensión a la puerta, la tensión VDS es distinta de cero la diferencia de potencial entre puerta y un punto x del canal variará a lo largo del mismo. Se debe dividir el canal en elementos de longitud dx, cada uno de los cuales presentará un espesor (a-h(x)) y una conductividad diferentes entre sí (Figura 3). El espesor de la zona de carga espacial en un punto x es:

Ecuación 1.6

Donde V(x) es el potencial del canal en ese punto referido al terminal de fuente. Este procedimiento se conoce como aproximación de canal gradual, y es el que se ha venido usando para calcular la característica corriente tensión en

Ecuación 1.9

IV. CONCLUSIONES

 Para escoger un dispositivo de potencia es imperativo tener en claro con que valores de voltajes y de corrientes se va a trabajar.  Es muy importante conocer los parámetros de funcionamiento de los dispositivos MESFET´s ya q nos ayuda a comprender mejor su funcionamiento.

REFERENCIAS [1] W.R. Curtice. “A MESFET model for use in the design of GaAs integrated circuits”, IEEE Trans. MTT, vol. MTT29, pp. 448-456, May 1980. [2] W. Shockley. "A unipolar field effect transistor", PROC. IRE, vol. 40, pp. 1365-1376, November 1952.