微电子第二章 集成器件物理基础课件.ppt

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1、2.5JFET与MESFET器件基础2.5.1器件结构与电流控制原理2.5.2JFET直流输出特性的定性分析2.5.3JFET的直流转移特性2.5.4JFET的器件类型和电路符号2.5.5JFET的直流特性定量表达式2.5.1器件结构与电流控制原理1.结型场效应管的结构2.5.1器件结构与电流控制原理2．JFET中沟道电流的控制特点JFET工作时，在沟道两端的漏极d和源极s之间加电压，因此在源漏之间就有电流流过沟道。对N沟JFET，如果在栅(g)和源(s)极之间加一个使其间PN结反偏的电压，由于栅区为，杂质浓度比沟道区高得多，故PN结空间电荷区将主要向沟道区扩展，使沟道区变窄。这样

2、，在栅源之间加一个电压，就可以改变沟道的大小，从而控制漏极d和源极s之间流过的电流。2.5.1器件结构与电流控制原理由上可见，JFET中沟道电流的控制具有下面3个特点。(a)JFET是用栅源之间的外加电压控制沟道大小，从而控制漏源之间的电流，因此是一个电压控制器件。(b)由于起控制作用的栅源电压是加在反偏的PN结上，相应的控制电流很小。因此JFET丁作时，是用一个小的输入功率控制一个比较大的输出功率。(c)是在沟道中电场作用下多数载流子漂移电流，与通常导体中的电流相同，而不像双极晶体管那样，在工作中同时涉及多数载流子和少数载流子。由于JFET导电过程只涉及一种载流子，又称为单极器件

3、。2.5.2JFET直流输出特性的定性分析图2.47是N沟JFET直流伏安特件曲线实例，表示的是漏源电流和漏源电压之间的关系，以控制电压为参变量。下面分三种情况分析JFET的直流特性。2.5.2JFET直流输出特性的定性分析1．情况下的漏源特性情况下N沟JFET令沟道状态随漏源电压2.48所示。2.5.2JFET直流输出特性的定性分析在实际应用中，一般源极接地。由于栅区为型重掺杂，可以认为栅区等电位。现在，表示整个栅区均为零电位。JFET工作时，沟道两端所加电压为，即在沟道区漏端电位为正，沿着沟道方向电位逐步降低，到源端处电位为零。这就是说，对于栅和沟道之间的反偏PN结，在栅区一侧

4、是等电位，而在沟道一侧不是等电位。在情况下，靠近沟道区源端处PN结为零偏，而靠近漏端处的那部分PN结为反偏，因此，栅和沟道之间的PN结在靠近源端和靠近漏端处的耗尽层宽度是不同的，或者说，沿着沟道方向，沟道的截面积是不相等的，靠源端处沟道德截面积最大，沿沟道方向逐步减小，靠漏端处的沟道截面积最小。2.5.2JFET直流输出特性的定性分析（a）线性区：对应于很小的情况，如图2.48a所示。由于很小，沿沟道方向沟道截面积不相等的现象很不明显，这时的沟道相当于是一个截面积均匀的电阻，因此源漏电流随几乎是线性增加的，称JFET的这种工作状态为线性区，对应2.47的OA那段范围。（b）过渡区：

5、随着的增加，沿沟道方向沟道截面积不相等的现象逐步表现出来，如图2.48b所示。而且随着的增加，漏端栅源PN结耗尽层加宽，沟道变窄，沟道电阻变大，随增加的趋势减慢，偏离直线关系，对应2.47的B点附近的那段范围。2.5.2JFET直流输出特性的定性分析（c）夹断：随着的增加，漏端沟道进一步变窄，当增加到使沟道截面积减小到零时，我们称为沟道“夹断”，如图2.48c所示。这时JFET的工作状态对应2.47所示特征曲线上的C。（d）饱和区：出现夹断时的称为饱和电压，记这时的电流为。如果在增加，虽然，由于这时漏端PN耗尽层进一步扩大，如图2.48d所示使有效沟道区中的压降仍保持为，因此通过沟

6、道区的电流基本维持为。由于大于后基本保持不变，因此称这一区域为饱和区。当然随着的增大，夹断点逐步向源端移动，有效沟道长度将会变小，其结果使有所增加，这就是沟道调制效应。只要沟道长度较长，夹断后的增加非常缓慢，可以为维持饱和。（e）击穿区：如果继续增加，使栅和沟道之间反偏电压过大，导致PN结击穿，使JFET进入击穿区。2.5.2JFET直流输出特性的定性分析2．情况下的漏源特性对于N沟道的JFET，如果，例如：则沟道靠源端处的栅源PN结也处于反偏，使沟道截面积小于情况下的沟道截面积。因此与时的漏源特性相比，随变化的趋势相同，但是在线性区，因为沟道电阻变大，因此斜率减小。另外由于现在沟

7、道截面积较小，因此使沟道夹断的电压较低，对应的饱和电流也较小，如图2.47中那一条曲线所示。随着绝对值的增大，即更负，则沟道区靠源端处的栅源PN结反偏电压更大，耗尽层更宽，沟道截面积更窄，随变化的趋势保持不变，但是在源漏特性曲线上相应的曲线下移，如图2.47所示。2.5.2JFET直流输出特性的定性分析3．漏源特性曲线上的截止区对于N沟JFET，在的情况下，如果很负，也会使得源端的沟道被夹断，这时整个沟道区消失，漏源之间只有很小的PN结反偏漏电流流过，称这时的为夹断电