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第九讲——金属半导体场效应晶体管(FET)-概述器件结构及作用概念
第九讲——金属半导体场效应晶体管 (FET )-概述
l 器件结构及作用
概念和结构
一般结构
作用的基础;器件类型
输出特性
渐变沟道近似 速度饱和
速度饱和问题
速度饱和的特性
小信号等效模型
高频性能
l 制造工艺
加工难题: (异质结构对我们生活有益的地方)
1 ,半绝缘衬底;2 ,金属半导体场势垒栅;3,阈值控制;4 ,栅电阻;
5,内阻和漏电阻
典型结果
1 ,外延层台式晶体管;2 ,质子隔离;3,n+/n 外延层和凹陷;4 ,
向SI-GaAs 中的直接注入
BJT/FET 比较
BJT/FET 比较(续)
那好,但是在势垒的控制上有更多的不同
BJT FET
载流子 基极中的少数载流子 沟道中的多数载流子
流动机理 基极中的扩散 沟道中的漂移
势垒控制 与基极直接接触 门电路元件导致的改变
电流的机理,少数载流子扩散和多数载流子漂移,可能是最重要的不同。
FET 机理——金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET )和结型场效应晶体管 (JFET )/
金属半导体场效应晶体管 (MESFET )
结型场效应晶体管 (JFET )
对栅源结施加反向偏压会增加栅极耗尽层宽度,并限制源极和漏极之间的n 型导带。
JFET (续)
工作区:
a,夹断以下的线性区
VP VGS0,VDS 小
b ,接近夹断的线性区
VP VGS0, VDS 接近(VGS –VP )
c ,夹断区
VP VGS0, VDS (VGS –VP )
d ,夹断区
VGS VP 0
金属半导体场效应晶体管 (MESFET )
其作用与JFET 的很相似。P-n 结栅极被肖特基势垒代替,并且低接触和 P-n 结被
消除,由于轻微掺杂的p 型衬底被半绝缘衬底代替。
MESFET 的电流- 电压特性
我们研究两种电流,iG 和iD ,试图找出它们关于两种电压,vGS 和vDS 的函数关系:
iG (vGS ,vDS )和iD (v GS ,vDS )
如果把模型中的漏源电压限制在大于零,把栅源电压限制在小于肖特基二极管的开
启电压,我们就可以认为栅极电流可以忽略,并且iG˜0 。
iD (vGS ,vDS ),如果vGS ≦Von,并且vDS ≧0
我们的主要问题是找到漏极电流iD 的表达式。漏极电流的路径是通过沟道到源极,
我们用渐变沟道近似对其建模。
MESFET 的电流- 电压特性
我们用来描述漏极电流- 电压的模型是渐变沟道近似。在这个模型中,我们假设沟
道中的电流全部是在y 方向,中止于栅极的电场线完全是垂直的。
渐变沟道近似:
在沟道上的电场线是严格垂直的,电流是严格水平的
MESFET 的电流- 电压特性:渐变沟道近似
如果渐变沟道近似是成立的,我们可以解两个独立的一维问题:
1 ,水平(x )方向上的静电问题,确定:
沟道中y 方向上任意点上的流动电荷面密度
2 ,y 方向上的漂移问题,目的是找到沿着沟道的电压降和电流的关系。将这个关
系的表达式从y=0 到y=L 进行积分,就可以得到描述漏极电流和栅极及漏极电压的最
终表达
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