哈工大器件原理第六章JFET.ppt

下篇 场效应晶体管 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 7. 关于沟道夹断和速度饱和的讨论 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 8. 串联电阻的影响 S G D P+ A B RS RD P+ n gD-1 在前面推导JFET电流-电压关系时，曾忽略了源接触电极与沟道源端之间、漏接触电极与沟道漏端之间的电压降(假设1)。然而，上述部位实际存在着串联电阻RS和RD，其影响是不可忽略的。 VGS0 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 8. 串联电阻的影响 随着RD增加，漏极电流进入饱和的速率减慢，VDsat增大,但不影响IDsat，即对小信号放大能力影响不大。 这将使FET的功率性能和开关性能变坏(动态范围减小，内部功耗增大，导通电阻变大)。 I’D/IDSS 图中 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 8. 串联电阻的影响 I’D/IDSS Rs的影响要比RD严重得多。除漏极电流进入饱和的速率减慢，还影响饱和电流IDsat的数值。 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 8. 串联电阻的影响 S VGS=0 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 8. 串联电阻的影响 表观沟道电导 减小 可见，RS的存在使表观跨导小于本征跨导，其影响程度决定于乘积RSgm。跨导越高(VGS越小)影响越大。 栅结(pn结或肖特基结)自建电势差VD的变化 沟道电导率σ的变化 栅结势垒区载流子产生-复合率的变化 栅结反偏热扩散电流的变化 表面状态的变化 非良好的源、漏欧姆接触注入少子电流的变化 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 9. 温度对直流特性的影响 ——影响IDS ——影响IG 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 9. 温度对直流特性的影响 不随温度变化 随温度变化如图 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 2. JFET的直流参数 在功率器件中，由于漏源电压很高，在沟道中形成的强电场将有可能使漂移通过沟道的载流子获得足够高的能量去碰撞电离产生新的电子-空穴对，新产生的电子继续流向漏极，使漏极电流倍增，而空穴则被负偏置的栅电极所收集，使栅极电流很快增长。 因而，在高漏源偏置的功率JFET中，往往存在着超量栅极电流。在短沟道器件中，由于沟道电场强，更容易出现载流子倍增效应。 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 2. JFET的直流参数 栅源击穿电压BVGS 表示栅源之间所能承受的栅p-n结最大反向电压。 VDS=0时，此电压决定于n型沟道区杂质浓度。 当VDS0时，漏端n区电位的升高使该处p-n结实际承受的反向电压增大，所以实测的BVGS值还与VDS有关。 漏源击穿电压BVDS 表示在沟道夹断条件下，漏源间所能承受的最大电压。 在JFET中，无论是VGS，还是VDS，对于栅结都是反向偏压，二者叠加的结果是漏端侧栅结上所加的反向偏压最大。 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 2. JFET的直流参数 输出功率Po JFET最大输出功率Po正比于器件所能容许的最大漏极电流Idmax和器件所能承受的最高漏源峰值电压(BVDS-VDsat)。 BVDS VDS IDS 0 VDsat IDsat 因受安全工作区、热阻等限制 可见，对一个性能良好的功率器件，要求其电流容量大、击穿电压高，且在最高工作电流 下具有小的漏源饱和电压VDsat。 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 3. JFET的交流小信号参数 跨导gm 跨导是场效应晶体管的一个重要参数，它表示栅极电压对漏极电流的控制能力。 跨导定义为漏源电压VDS一定时，漏极电流的微分增量与栅极电压的微分增量之比，即 （6-11） 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 3. JFET的交流小信号参数 非饱和区跨导： VDS IDS VGS=0 VGS0 非饱和区跨导与VGS、VDS有关 饱和区跨导仅与VGS有关 6.2 JFET的直流特性与低频小信号参数 3. JFET的交流小信号参数 使耗尽层改变一定厚度所需要的电压改变量随耗尽层厚度增大而增大，且与耗尽层边界处空间电荷密度成正比。 饱和区跨导随栅压幅度减小而增大，当VGS=VD时达到最大值G0。 跨导的单位是西门子S(1S＝1A/V)。 器件的跨导与沟道的宽长比W/L成正比，所以在设计器件时通常都是依靠调节沟道的宽长比来达到所需要的跨导值。 由于存在着沟道长度调制效应，要得到好的饱和特性，L就不能无限制地减小，一般控制L为5至10mm左右。 为了增大器件的跨导，往往采用多个单元器件并联的办法来扩大沟道宽度。 非饱和区跨导随栅电压