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❐ 金屬半導體場效電晶體(MESFET)的構造
金屬半導體場效電晶體(MESFET：Metal Semiconductor Field Effect Transistor)」簡稱「MES」，MES依照不同的導電特性又可以分為NMES、PMES二種：
➤N型金屬半導體場效電晶體(NMES：N-type MES)：NMES的構造如＜圖一＞所示，在P型砷化鎵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；另外在砷化鎵基板的中央上方蒸鍍一層金屬電極，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)」。
➤P型金屬半導體場效電晶體(PMES：P-type MES)：由於電洞在PMES內的移動速度很慢，因此目前沒有使用。

圖一　金屬半導體場效電晶體(MESFET)的構造示意圖。

❐ 金屬半導體場效電晶體(MESFET)的尺寸
由＜圖一＞可以看出，MES的閘極長度大約1μm(微米)，所以NMES的尺寸大約5μm。由於使用砷化鎵晶圓製作，製程技術沒有矽晶圓成熟，而且一般是用來製作放大器或其他類比積體電路，因此「閘極長度(Gate length)」比MOS要大許多，目前商業化的製程線寬從以前的0.8μm進步到0.6μm、0.35μm、0.15μm。台灣除了製作MOS的晶圓廠，例如：台積電、聯電之外，也有製作MES的晶圓廠，例如：全新光電、巨鎵科技、穩懋半導體等。

❐ 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「電子通道(Electron 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10GHz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開關的工作原理示意圖。

❐ MES放大器(MES amplifier)
使用MES除了可以做為開關，也可以做為放大器，其工作原理如＜圖三＞所示，以閘極(Gate)做為共用端，將「較小的電壓或電流(小訊號)」輸入源極(Source)，由於NMES的元件特性會使訊號放大，轉變成「較大的電壓或電流(大訊號)」由汲極(Drain)輸出，這就是「類比積體電路」工作的基本原理。

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：Radio Frequency IC)、功率放大器(PA：Power Amplifier)、低雜訊放大器(LNA：Low Noise Amplifier)等，則工作頻率可以達到10GHz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，後來又發展出特性更好的「高電子移動速度電晶體(HEMT)」。

圖三　NMES放大器的工作原理示意圖。

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