北大半导体器件物理课件第三章(2)肖特基栅场效应晶体管MESFET.pdf

半导体器件物理 肖特基栅场效应晶体管 （MESFET ） 半导体器件物理 真实的GaAs MESFET典型结构 实际的GaAs MESFET是在半绝缘GaAs衬底上由离子 注入或薄膜生长形成的n型GaAs薄层上制作的。 采用半绝缘衬底是为了减小寄生电容（沟道-衬底电 容）和便于器件之间的隔离。 半导体器件物理 • 在正常工作条件下，栅压VGS应小于肖特基结的 正向导通电压，以避免明显的栅极漏电流，对n- GaAs MESFET，VGS 的最高限约为+0.7V。 • 与JFET相比，MESFET在工艺和制作方面有某些 优点，例如，金属-半导体肖特基势垒在低温下形 成，因而可以采用GaAs这样电子迁移率高和饱 和速度大的化合物半导体材料，而得到开关速度 快使用频率高的器件。 • n沟GaAs MESFET是目前常见的器件，在微波和 高速数字电路方面有许多重要应用。 半导体器件物理 半导体器件物理 夹断电压和阈值电压 • n －GaAs层均匀掺杂，肖特基结的耗尽层厚度为： 2 ε S h ( yV) V V− [y bi + GS ( )] qN D V （y ）是沟道内y处相对源端的电势，漏端处V(y=L)=VDS VGS是栅压，y处肖特基势垒上的总电压为Vbi-VGS+V(y) h ＝a时，势垒耗尽层边界和衬底接触，相应的总电势称为 夹断电压 V qND a2 p 2εε 0 源端处V(y=0)=0 ，势垒耗尽层边界和衬底接触的临界栅压 V =V -V T bi p VT 阈值电压 半导体器件物理 饱和电压VDsat • VGS超过VT ，器件才会有 导电沟道，进入导通状态 • 器件导通时，随着VDS的增 加，漏端沟道厚度逐渐减 薄，当漏端耗尽区与衬底 接触时，称为漏端夹断， 对应的源漏电压VDS 称为 饱和电压，记为VDsat V V V V V V − + − p Dsatbi GS GS T 半导体器件物理 电流电压特性 • 恒定迁移率模型 – 假定VDS不是很高，沿沟道方向