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第五章 结型场效应晶体管 5.1 JFET的基本结构和工作过程 5.1 JFET的基本结构和工作过程 5.1 JFET的基本结构和工作过程 二、工作原理 场效应：半导体的电导率被垂直于半导体表面的电场调制的效应叫做场效应 。 5.1 JFET的基本结构和工作过程 JFET的几个突出的特点: ① JFET的电流传输主要由一种型号的载流子—多数载流子承担，不存在少数载流子的贮存效应，因此有利于达到比较高的截止频率和快的开关速度。 ② JFET是电压控制器件。它的输入电阻要比BJT的高得多，因此其输入端易于与标准的微波系统匹配，在应用电路中易于实现级间直接耦合。 ③ 由于是多子器件，因此抗辐射能力强。 ④ 与BJT及MOS工艺兼容，有利于集成。 早期的大多JFET用半导体硅材料制做，进入二十世纪九十年代，LnP、GaLnAsP等化合物半导体JFET被成功地制造出来，它们易于同GaLnAsP激光器及探测器集成在同一光电集成电路芯片上。此外，在高速GaAs数字集成电路中，用JFET代替MESFET，可以改善电路单元的一些性能并能提高芯片的电学参数的合格率。 5.2 理想JFET的I-V特性 5.2 理想JFET的I-V特性 理想的JFET基本假设及其意义 单边突变结 沟道内杂质分布均匀：无内建电场，载流子分布均匀，无扩散运动。 沟道内载流子迁移率为常数； 忽略有源区以外源、漏区以及接触上的电压降，于是沟道长度为L； 缓变沟道近似，即空间电荷区内电场沿y方向，而中性沟道内的电场只有X方向上的分量：二维问题化为一维问题。 长沟道近似：L?2（2a），于是W沿着L改变很小，看作是矩形沟道。 5.2 理想JFET的I-V特性 5.2 理想JFET的I-V特性 一、夹断前的电流－电压特性 JFET中x处耗尽层宽度为 5.2 理想JFET的I-V特性 5.2 理想JFET的I-V特性 5.2 理想JFET的I-V特性 沟道夹断与夹断电压： 在夹断点，令（5-1）式中 以及 ，可求得夹断电压： 式中 为夹断电压。常称 为内夹断电压。由式（5-6）可见，夹断电压仅由器件的材 料参数和结构参数决定，是器件的固有参数。 5.2 理想JFET的I-V特性 例题 N沟道JFET有： 以及 ? 。求：（a）夹断电压 和 ，（b）在栅极和源极两者接 地时， 的漏极电流。 解： 5.2 理想JFET的I-V特性 小结 建立了理想JFET的基本假设。 在理想JFET的基本假设的基础上导出了夹断前JFET的I－V特性方程 深入介绍了沟道夹断和夹断电压的概念。由 可见，夹断电压仅由器件的材料参数和结构参数决定，是器件的固有参数。这就是“在夹 断点夹断电压相等”一语的根据。? 5.3 静态特性 5.3 静态特性 一、线性区 令 ,（5-4）式中的第二项： 把（5-7）式代入（5-4）式并简化，得到 （5-8） 上式表明，漏极电流对漏极电压的确是线性依赖关系。（5-8）式也反映出栅 极电压对I-V曲线斜率的明显影响。 5.3 静态特性 二、饱和区 在夹断点首先发生在漏端，漏极和栅极上的偏置电压的大小满足条件 可见，夹断电压由栅电压和漏电压共同确定。对于不同的栅电压来说，为 达到夹断条件所需要的漏电压是不同的。 在图5-4?a中把（5-9）式绘成曲线，称为夹断曲线。超出夹断曲线的电流— 电压特性称为饱和区，这是由于漏极电流是饱和的。 把（5-9）式代入（5-4）式，导出饱和漏极电流 ： 5.3 静态特性 （5-10）式称为JFET的转移特性，并绘于图5-5中。在图5-5中，还画出了抛 物线 式中 表示栅极电压为零（即栅源短路）时的漏极饱和电流。注意表示 在（5-11）式中的简单平方律与（5-10）式非常接近。 5.3 静态特性 实验发现，即使在y方向为任意非均匀的杂质分布，所有的转移特性都落在图 5-5中所示的两条曲线之间。在放大应用当中，通常工作在饱和区，并且在已知 栅电压信号时，可利用转移特性求得输出的漏极电流 5.6 夹断后的JFET的性能 5.6 夹断后的JFET的性能 一、沟道长度调制效应