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微电子元器件与项目训练 授课教师：余菲 第3章 结型场效应晶体管 教师：余菲 电子邮件：yufei198275@oa.szpt.net 电话讨论主题： 1.场效应晶体管介绍 2.JFET工作原理 3.JFET的直流特性 1.场效应晶体管介绍 什么是场效应管? 场效应晶体管【Field Effect Transistor缩写(FET)】简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件. 双极型晶体管和场效应晶体管的异同： 对比双极和FET: 速度,功耗,应用,工艺水平,控制方式(电压/电流). 场效应管的分类: 场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类 按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种. 按导电方式:耗尽型与增强型,结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。 2.基本原理 3.直流特性 1. PN节空间电荷区宽度和电压关系 2.开始导通和饱和的原理 定义夹断电压: 在源漏电压为0时,使沟道完全闭合的电压 导通栅源阈值电压: 饱和漏源电压: 饱和区 工作条件: 非饱和区 工作条件: 非饱和区电流公式： 饱和电流公式： 最大饱和电流： 从输出特性看几个参数 总结 对比双极晶体管和场效应晶体管 理解JFET的工作原理 掌握JFET工作在不同区域的条件，以及夹断电压的定义 了解JFET的电流公式，饱和电流公式，最大饱和电流公式，最大跨导公式（电阻），以及影响它们的条件 微电子专业核心课程 教师：余菲 电话 mail：yufei198275@oa.szpt.net * D S 电流 电场 1965年，按照摩尔老先生在文章中提出，芯片上集成的晶体管数量大约每18个月就将翻一番。 1971年，Intel发布了第一个微处理器4004。4004采用10微米工艺生产，仅包含2300多个晶体管，时钟频率为108KHz。 1974年，主频为2MHz的8位微处理器8080问世，它采用6微米工艺，集成了6000个晶体管。由于它采用了NMOS（N沟道MOS）电路，因此运算速度比8008快10倍，后者采用了PMOS（P沟道MOS）电路。之后，在1978年Intel又陆续推出了8086处理器，这时工艺已经缩减为3微米工艺，含2.9万个晶体管，频率有4.77MHz、8MHz和10MHz。 到了1983年，Intel首次推出了新型处理器286，它含有13.4万个晶体管，频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。随后1985年，推出了386处理器，含27.5万个晶体管，频率为16～33MHz，具备初级多任务处理能力）等处理器。1989年，Intel发布了486处理器。这款经过4年开发和3亿美金投入的处理器首次突破了100万个晶体管大关，主频也从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz、66MHz，此时，处理器工艺已经全面采用了1微米工艺，并且在芯片内集成了125万个晶体管，这时芯片内的晶体管数量已经超过了Intel 4004处理器内晶体管数量的五百倍。 直到1993年，采用800纳米的奔腾（Pentium）的出世，让CPU全面从微米时代跨入了纳米时代。奔腾含有310万个晶体管，代表型号有Pentium 60（60MHz）和Pentium 66（66MHz）。此后，Intel又推出了奔腾75MHz～120MHz，制造工艺则提高到500纳米，此后CPU发展直接就跳转至350nm工艺时代。 Pentium MMX, Intel于1996年发明在0.35微米工艺的帮助下，工作频率突破了200MHz 0.35um 0.25um 0.18um 1997-2002 （.35.25.18时代） 0.13um 2002年 0.045um 2008年 0.09um S D G 理想对称结构结型场效应晶体管JFET J: junction F: field E: effect T: transistor Metal P+-Si N-Si N+-Si S D N沟道JFET正常状态下的偏置方式 P+ N P+ G IDS/mA VDS/V 非 饱 和 区 饱和区 击 穿 区 VGS=0 a b c VDSat I