《场效应晶体管》PPT课件(I)

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1、2.5JFET与MESFET器件基础JFET(Junction-gateFieldEffectTransistor)MESFET(MetalSemiconductorFieldEffectTransistor)都是目前集成电路中广泛使用的半导体器件.JFET可以与BJT(双极晶体管)兼容,可用作恒流源及差分放大器等单元电路;而MESFET是目前GaAs微波集成电路广泛采用的器件结构。MOSFET是靠静电感应电荷控制沟道电荷量,JFET与MESFET依靠势垒的空间电荷区扩展来控制沟道的变化。JFET依靠pn结空间电荷区控制沟道电荷，MESFET是依靠肖基

2、特势垒来控制沟道的变化。2.5.1器件结与电流控制原理1结型场效应晶体管的结构用掺杂在n型衬底上构成p+区，从而形成一个pn结。上下两个P型区联在一起,称为栅极(G:grid)。pn结下方有一条狭窄的N型区域称为沟道(channel)，其厚度为d，长度为L，宽度为W。沟道两端的欧姆接触分别称为漏极(D,drain)和源极(S,source)。这种结构又称为N沟JFET。2JFET中沟道电流的特点在漏（D）极和源（S）极之间加一个电压VDS,就有电流IS流过沟道.如果在栅（G）和源（S）极之间加一个反向pn结电压VGS，将使沟道区中的空间电荷区之间的距离

3、逐步变小,由于栅区为P+,杂质浓度比沟道区高得多，故PN结空间电荷区向沟道区扩展,使沟道区变窄.从而实现电压控制源漏电流的目的。综上所述：1JFET是压控器件.2JFET工作时,栅源是反偏电压,控制电流很小,因此是用小输入功率控制大的输出功率.3ID是在沟道中电场作用下多数载流子漂移电流,又称为单极器件.1VGS=0情况下的源漏特性一般源极接地。由于栅区为P+,可以认为栅区等电位.2VGS<0情况下的源漏特性：曲线下移2.5.2JFET直流输出特性的定性分析2.5.3JFET直流转移特性IDS随VGS变化的情况.VGS=0的电流IDSSIDS=0对应的

4、电压VGS即为夹断电压VP.VGS2、特性分析1.阈值电压VTNsub为沟道掺杂浓度，a代表沟道宽度的一半2.直流特性（1）导通区伏-安特性为跨导因子，为沟道长度调制系数（2）饱和区伏-安特性（3）特征频率fTfT的定义与MOSFET相同三、器件模型参数参数含义参数含义L，W沟道长度,宽度RS源极电阻VTO阈值电压VTCGS零偏G-S结势垒电容BETA跨导系数CGD零偏G-D结势垒电容LAMBDA沟道长度调制系数PB栅pn结接触电势RD漏极电阻IS栅pn结饱和电流源栅漏源漏N沟道衬底JFETN沟道衬底MESFETJFET与MESFET结构P+Met

5、al(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransnsator)场效应晶体管（FET）结型场效应晶体管（JFET）金属－半导体场效应晶体管（MESFET）MOS场效应晶体管（MOSFET）2.6MOS场效应晶体管在微处理器和存储器方面，MOS集成电路几乎占据了绝对位置。促进MOS晶体管发展的4大技术半导体表面的稳定化技术各种栅绝缘膜的实用化技术自对准结构的MOS工艺阈值电压的控制技术2.6.1MOSFET结构MOSFET:MOSfield-effecttransistor也叫：绝缘栅场效应晶体管（Insulated

6、Gate,IGFET）金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MISFET)电压控制电流—>场效应晶体管分为N沟道和P沟道，每一类又分为增强型和耗尽型。1MOSFET结构示意图MOS器件的表征：沟道长度沟道宽度wL2MOS结构MOS是采用电场控制感应电荷的方式控制导电沟道.为了形成电场,在导电沟道区的止面覆盖了一层很薄的二氧化硅层,称为栅氧化层.栅氧化层上覆盖一层金属铝或多晶硅,形成栅电极.构成一种金属-氧化物-半导体结构,故称为MOS结构.目前栅极大多采用多晶硅.2.6.2MOSFET工作原理（NMOS为例）NMOS工作原理VDS

7、S-VTVDS>VGS-VT阈值电压：强反型层形成沟道时的栅源电压VT；(表面反型产生的载流子数目等于衬底多子的数目)线性区(Linearregion)：VDS=VGS-VT过渡区：截止区（Cutoff）：VGS–VT击穿区：PN结击穿；1VGS小于等于0的情况:截止区两个背靠背的PN结,源漏间阻抗很大,电流近似为0。对应于直流伏安特性中的截止区。2沟道的形成和阈值电压:线性区（1）导电沟道的形成图1P型半导体(2)、表面电荷减少(施加正电压)图2表面电荷减少(3)、形成耗尽层（继续增大

8、正电压）(4)、形成反型层（电压超过一定值VT）表面场效应形成反型层（MOS电容结构）反型层是