半导体器件课件.pdf

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1、2013-6-5第五章JFET和MESFET5.1JFET的基本结构和工作过程●JFET的基本结构和工作过程1.JFET的基本结构●理想JFET的I-V特性●静态特性●小信号参数和等效电路●JFET的截止频率●夹断后的JFET性能●金属-半导体场效应晶体管图5-1由两种工艺制成的n沟道JFET●JFET和MESFET的类型（a）外延—扩散工艺（b）双扩散工艺●异质结MESFET和HEMT源极－Source－S漏极－Drain－D栅极－Gate－G：上栅、下栅JFET-MESFET5.1JFET的基本结构和工作过程5.1

2、JFET的基本结构和工作过程JFET的几个突出的特点:2.工作原理①JFET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。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。②JFET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

3、九十年代，InP、GaInAsP等化合物半导体JFET被成功地制造出来，它们易于同GaInAsP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图5-2VG0的JFET：（a）＜，（VdVPb）Vd=VP，（c）理想的漏极特性参数的合格率。JFET-MESFETJFET-MESFET5.1JFET的基本结构和工作过程5.2理想JFET的I-V特性●学习要求1.理想的JFET基本假设及其意义画出JFET的基本结构示

4、意图。1)单边突变结：SCR在轻掺杂一侧2)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。简述JFET的基本工作原理。3)沟道内载流子迁移率为常数；为什么说JFET实际上是一个电压控制的电阻。4)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；熟悉沟道夹断、漏电流饱和、夹断电压等概念。5)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。6)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。JFET-MESFETJFET

5、-MESFET12013-6-55.2理想JFET的I-V特性5.2理想JFET的I-V特性2.夹断前的电流－电压特性JFET中x处耗尽层宽度为12kVxV200GWx(5-1)qNd漏极电流dVIqDnnAnEq2NdaWZ(5-2)dx2aWZ为电流流过的截面积。LIdxVD2kda0VVdV(5-3)02qNZ0qN0G图5-3放大的图5-2的简图nddJFET-MESFETJFET-MESFET5.2理想JFET的I-

6、V特性5.2理想JFET的I-V特性V0G线性区2020IGV22k0VV32V3(5-4)16饱和区16D0D2D0G0G2））VG03qaNdmAmA121V12（（式中IDID1V882V2V2qaZN44Gnd4V3V4V3V0(5-5)L0002468100246810－没有任何耗尽层时的沟道电导VD（V）VD（V）（a）（b）153图5-4a1.5m,ZL170,Nd2.510cm的硅N沟道JFET电流电压特性：R0（

7、a）s的式（5-4）的理论曲线，（b）实验结果JFET-MESFETJFET-MESFET5.2理想JFET的I-V特性5.2理想JFET的I-V特性例沟道夹断与夹断电压：153193N沟道JFET有：K12,Nd510cm,Na10cm,a1m,L30m,Z0.1cm在夹断点，令（5-1）式中Wa以及VVV，可求得夹断电压：1350cm2/VsVVGP以及n。求：（a）夹断电压P0和P，（b）在栅极和源极两者接地时，VDVP的漏极电流。2qaNdVV（5-6）219815

8、P02kP0解：qaNd1.610105100aVp0143.77V2k2128.85100式中VP为夹断电压。常称VP0为内夹断电压。由式（5-6）可见，夹断电压1519NN51010仅由器件的材料参数和结构参数决定，是器件的固有参数。Vlnad0.026ln0.86V0T2