最新第四章-MESFET分析教学讲义PPT.ppt

《最新第四章-MESFET分析教学讲义PPT.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章-MESFET分析金属半导体接触及能级图1.金属和半导体的功函数金属中的电子绝大多数所处的能级都低于体外能级。金属功函数的定义:真空中静止电子的能量E0与金属的EF能量之差，即上式表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最小值。金属中的电子势阱EFWm越大,金属对电子的束缚越强平衡时,无电子的净流动。相对于(EF)m,半导体的(EF)s下降了接触电势差:金属和半导体接触而产生的电势差Vms.q（c）紧密接触半导体表面有空间电荷区空间电荷区内有电场电场造成能带弯曲E+_因表面势Vs<0能带向上弯曲qVD

2、接触电势差一部分降落在空间电荷区,另一部分降落在金属和半导体表面之间若D原子间距,电子可自由穿过间隙,Vms0,则接触电势差大部分降落在空间电荷区半导体一边的势垒高度金属一边的势垒高度半导体表面形成一个正的空间电荷区电场方向由体内指向表面(Vs<0)半导体表面电子的能量高于体内的，能带向上弯曲，即形成表面势垒当金属与n型半导体接触Wm>Ws在势垒区中，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度要比体内小得多，因此它是一个高阻的区域，常称为阻挡层。Wm

3、s>0)半导体表面电子的能量低于体内的，能带向下弯曲在空间电荷区中，电子浓度要比体内大得多，因此它是一个高电导的区域，称为反阻挡层。EcEvEFWs-Wm-Wm金属和n型半导体接触能带图(WmWs)WmEcEvEcEv形成n型和p型阻挡层的条件Wm>WsWm

4、体接触整流理论是指阻挡层的整流理论，以n型半导体为例。无外加电压时，表面势为(Vs)0(a)V=0qnsqVD=－q(Vs)0如果在金属和半导体之间加上有外加电压时，阻挡层将发生什么变化？电子势垒高度为V与(Vs)0同符号时，阻挡层势垒提高V与(Vs)0反符号时，阻挡层势垒下降假设，外加一个电压V，则表面势为(Vs)0＋V。(b)V>0qnsqV－q[(Vs)0+V]因Vs<0，V,势垒下降越多，正向电流越大(c)V<0-qVqns－q[(Vs)0+V]金属中的电子要越过很高的势垒qns，所以反向电流很小。同时qns不随V变，所以

5、从金到半的电子流恒定。阻挡层具有整流作用对p型阻挡层V<0,金属负偏，形成从半向金的正向电流V>0,金属正偏，形成反向电流4.肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管的正向电流，主要是由半导体中的多数载流子进入金属形成的，此二极管将有较低的正向导通电压，一般为0.3V左右，且有更好的高频特性。利用金属－半导体整流接触特性制成的二极管。PN结二极管肖特基二极管肖特基二极管与PN结二极管的差异最重要的差异是肖特基二极管仅仅只有单一类型的载流子（即多子）。少数载流子的缺失意味着存储电荷的效应不再存在。因此，肖特基二极管很适于快速开关应用。MESFETMet

6、alSemiconductorFieldEffectTransistorsMESFET=MetalSemiconductorFieldEffectTransistor=SchottkygateFET.MESFET由源和漏接触区以及之间的导电沟道组成。载流子从源极到漏极的流动由肖特基金属栅控制。通过控制金属栅下方的耗尽层宽度的变化，可以控制导电沟道，从而控制电流。MESFETn-MESFET的I-V特性与MOSFET相比，MESFET最显著的优势是沟道载流子的高迁移率；MESFET结构的缺点则是肖特基栅的存在；肖特基二极管的开启电压限制了MES

7、FET的正向偏压。对于GaAs肖特基二极管，这个开启电压的典型值是0.7V。因此Vds电压必须低于这个开启电压。从而导致要想制造包含大量增强型MESFET的电路非常的困难。GaAsMESFETs在微波电路中有着普遍广泛和重要的应用。实际上，直到80年代，几乎所有的微波集成电路都是GaAsMESFETs。仅管有更复杂性能更好的器件出现，但MESFET在微波领域的功放、开关方面仍然占据着主导地位。microwavespectrum微波是波长为1～1000毫米的波，按其波长不同分为若干波段：GaAsMESFET基本材料是GaAs衬底。缓冲层在GaA

8、s衬底之上外延生成，用来隔绝衬底中的缺陷。沟道或导电层是一层非常薄的轻掺杂的半导体N型层，外延生长在缓冲层之上。对于微波晶体管，由于GaAs的电子迁移率几乎是空穴的