Der Metall-Halbleiter-FET (MESFET)

Der MESFET wird typischerweise auf einem semi-isolierenden Substrat (bei GaAs meist chromdotiert oder undotiert mit tiefen Störstellen) gefertigt, das im unbeschalteten Zustand praktisch keinen Strom leitet. In dieses Substrat wird eine dünne, leicht dotierte aktive Schicht eingebracht, meist mittels Ionenimplantation oder Epitaxie – sie bildet den eigentlichen Leitungskanal. Source und Drain werden über stark dotierte Bereiche mit ohmschen Kontakten angeschlossen. Das Gate besteht aus einem direkt auf den Halbleiter aufgebrachten Metall, das mit dem darunterliegenden Kanal einen Schottky-Kontakt bildet – anders als beim JFET gibt es hier also keinen pn-Übergang und anders als beim MOSFET keine isolierende Oxidschicht zwischen Gate und Kanal.

An jedem Metall-Halbleiter-Übergang mit ausreichender Barrierenhöhe bildet sich bereits ohne äußere Spannung eine Verarmungszone im Halbleiter aus, deren Breite von der eingebauten Schottky-Barrierenspannung abhängt. Legt man eine negative Gate-Source-Spannung an, vergrößert sich diese Verarmungszone und schnürt den darunterliegenden Kanal zunehmend ein – das Funktionsprinzip entspricht damit im Kern dem des JFET, nur mit einem Schottky- statt einem pn-Übergang als Steuerelement. Auch beim MESFET gilt näherungsweise die Shockley-Beziehung zwischen I_D, V_GS und einer Abschnürspannung V_p, wobei die genaue Kanalgeometrie (Dicke und Dotierung der aktiven Schicht) die Kennwerte bestimmt.