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MESFET 的構造
金屬-半導體場效電晶體（MESFET：Metal Semiconductor Field Effect Transistor）簡稱為「MES」，依照不同的導電特性又可以分為 NMES、PMES 二種：
➤NMES（N-type MES）：NMES 的構造如 ＜圖一（a）＞ 所示，在 P 型矽基板的左右各製作一個N型的區域（類似水溝的構造），並且在上方蒸鍍金屬電極；另外在矽基板的中央上方製作一層氧化矽，上方再蒸鍍一層金屬電極，中央的金屬稱為「閘極（Gate）」，左邊的金屬稱為「源極（Source）」，右邊的金屬稱為「汲極（Drain）」。
➤PMES（P-type MES）：PMES 的構造如 ＜圖一（b）＞ 所示，與 NMOS 相同，但是 N 型與 P 型區域相反，因此導電特性相反。
圖一 NMES的構造。
MESFET 的尺寸
由 ＜圖一＞ 可以看出，NMES 的閘極長度大約 0.5 μm（微米），所以 NMES 的尺寸大約 2.5 μm。由於使用砷化鎵晶圓製作，製程技術沒有矽晶圓成熟，而且市場上並沒有縮小線寬的需求（理由將在後面說明），因此「閘極寬度」比 MOS 要大許多，目前商業化的製程線寬從以前的 0.8 μm 進步到 0.6 μm、0.35 μm、0.15 μm。台灣除了製作 MOS 的晶圓廠，例如：台積電（2330-TW）、聯電（2303-TW）之外，也有製作 MES 的晶圓廠，例如：全新光電（2455-TW）、巨鎵科技、穩懋（3105-TW）半導體等。
MES 開關（MES switch）
NMES 開關的工作原理如＜圖二＞所示，將電子由左邊的源極（N 型水溝）注入，經過中央的閘極下方（P 型通道）以後，再由右邊的汲極（N 型水溝）流出，是否要讓電子通過，則由閘極「不加電壓（關）」或「施加電壓（開）」來控制：
➤閘極不加電壓：電子由左邊的源極（N 型水溝）注入以後，由於閘極下方為 P 型不導電子，故電子無法通過，形成斷路，代表 0，如 ＜圖二（a）＞ 所示。
➤閘極施加電壓：電子由左邊的源極（N 型水溝）注入以後，由於閘極施加正電壓吸引下方P型砷化鎵晶圓中的少量電子浮到表面，形成含有電子的通道（Channel），電子沿著通道繼續前進，形成通路，代表 1，如 ＜圖二（b）＞ 所示。
MES 開關的工作原理與 MOS 相同，但是砷化鎵的製程技術沒有矽晶圓成熟，所以元件尺寸比較大，成本也比較高，但是砷化鎵的原子振動頻率比矽高，所以適合用來製作高頻積體電路。使用 MES 開關來製作「數位積體電路」，例如：處理器（CPU），工作頻率可以達到 10 GHz 以上，早期曾經使用這種處理器來製作超級電腦（Super computer），應用在軍事用途，由於成本太高最後放棄，目前超級電腦也是使用 CMOS 來製作處理器（CPU），只是同時有很多個處理器（CPU）一起工作來提昇運算速度，就是所謂的「多核心處理器」。
圖二 NMES開關的工作原理。
MES 放大器（MES amplifier）
MES／HEMT 放大器的工作原理與 MOS 相同如 ＜圖三＞ 所示，使用 MES 放大器來製作類比積體電路，例如：射頻積體電路（RF IC）、功率放大器（PA）、低雜訊放大器（LNA：Low Noise Amplifier）等，則工作頻率可以達到 10 GHz 以上，而且穩定性高、雜訊低，目前廣泛的應用在高頻無線通訊設備中，例如：行動電話、衛星通訊，因此 MES 大多做為「高頻放大器」使用。
圖三 NMES放大器的工作原理
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《知識力》授權轉載
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