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MESFET 小VDS偏置下的剖面图和能带图 沿MESFET沟道的电子势能Ec的分布（0VDSVDSat) 沿沟道距离的增大，沟道厚度减小 MESFET VDSVDSat偏置下的剖面图和能带图 砷化钾MESFET的结构如图所示,它是在一块半绝缘的砷化钾衬底上用外延法生长一层N型砷化钾层,在其两端分别引出源极和漏极,在两者之间引出栅极。对于砷化钾MESFET,栅长是一个决定最大工作频率（fmax）的关键参数。 首次出现于1980年的高电子迁移率晶体管（HEMT）可以最大限度地利用砷化钾的高电子迁移率的特性。耗尽型的HEMT场效应管是在半绝缘的GaAs衬底上连续生长不掺杂或轻掺杂的GaAs、掺硅的n型AlxGa1-xAs层和掺硅的n型GaAs层,在AlxGa1-xAs层内形成耗尽层。再利用AlGaAs和GaAs电子亲和力之差,在未掺杂的GaAs的表面之下形成二次电子气层,如图所示。 另一种GaAs异质结器件GaAsHBT也越来越受关注,它属于改进型的双极晶体管,其发射极和基极被制作在不同材料的禁带中,如图所示。 GaAs-MESFET具有优良的微波、高速、大功率和低噪音等性能。例如，对于栅长L=1μm、栅宽W=250μm的微波GaAs-MESFET的噪音，在C波段时为1 dB (相应的BJT为2 dB)，在Ku波段时为2.5~3 dB (相应的BJT为5 dB)。与微波硅BJT相比，GaAs-MESFET不仅工作频率高 (可达60GHz)、噪声低，而且饱和电平高、可靠性高等；这是由于与硅相比，n-GaAs外延材料的电子迁移率要大5倍、峰值漂移速度要大2倍，而且器件的衬底可用半绝缘GaAs（SI- GaAs ）以减小寄生电容。 此外，HEMT由于其栅极往往是Schottky势垒栅，故实际上也可以看成是一种性能特别优良的超高频、超高速的MESFET。 结型场效应晶体管（JFET） 剖面示意图、能带图以及VDS0时耗尽区增大，沟道变窄，沟道电阻增大 ID （1）VGS对导电沟道的影响： VP(VGS(OFF) )：夹断电压 栅源之间是反偏的PN结， RGS107?，所以IG=0 (a) VGS=0，VDS=0，ID=0 结型场效应管没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下。N沟道结型场效应管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。 N沟道结型场效应管工作原理： (c) |VGS | = ? VP ? ， 导电沟道被全夹断 (b) 0? VGS ? ? VP ? ? VGS ?? ? 耗尽层变宽 VGS控制导电沟道的宽窄，即控制ID的大小。 1. N沟道结型场效应管的结构和符号 结型场效应管是一种利用耗尽层宽度改变导电沟道的宽窄来控制漏极电流的大小的器件。 它是在N型半导体硅片 的两侧各制造一个PN结， 形成两个PN结夹着一个 N型沟道的结构。P区即 为栅极g(G)，N型硅的 一端是漏极d(D)，另一 端是源极s(S)。 （2）VDS0 但|VGS-VDS| | VP | ，时 (a) VDS增加，d端电位高，s端电位低，导电沟道内存在电位梯度，所以耗尽层上端变宽。 VDS?? ID ? ID (b) | VGS- VDS | = | VP |时，导电沟道在a点相遇，沟道被夹断。 VGS=0时，产生夹断时的ID称为漏极饱和电流IDSS ID (c) VDS??夹断长度? 场强? ? ID=IDSS基本不变。 ID 半导体器件原理 南京大学 5。 MOSFET击穿： nMOSFETs的击穿电压较pMOSFETs为低 电子具有更高的离化系数 n+源漏结比p+结更陡峭 对沟道长度有弱的依赖关系 短沟道器件具有较小的隧穿电压。 假设氧化层是理想绝缘体。如果氧化层中的电场变得足够大，击穿就会发生，这将导致器件的崩溃。在二氧化硅中，击穿时的电场为6×106V/cm左右。此击穿场强比硅中的大，但是栅氧化层还是很薄。当氧化层厚度为500A时，大约30伏特的栅压可以造成击穿。但是，通常因数的安全边界值为3，因此，tox＝500A时的最大安全栅压为10伏特。 因为在氧化层中可能存在缺陷，从而降低击穿场强，所以安全的边界值是必要的。除了在功率器件和极薄氧化层器件中，氧化层击穿通常不是很重要的问题。 漏极附近的空间电荷区离化可以造成雪崩击穿。在理想单边pn结中，击穿主要是pn结低掺杂区的掺杂浓度的函数。对于MOSFET，低掺杂区对应于半导体衬底。例如，如果一p型衬底掺杂浓度为Na＝3×1016cm－3，那么对于缓变结击穿电压大约为25伏特。然而，n＋漏极可