半导体器件原理第六章.ppt

6.1.1pn-JFET 漏源I-V特性定性分析 不断增大漏电压，直到靠近漏端附近的顶部和底部的耗尽区最终连接到一起，此时沟道完全耗尽，这一条件称为“夹断”，所对应的漏电压称为“夹断电压”。 饱和区：（ VDS 在沟道夹断基础上增加） ID存在，且仍由导电沟道区电特性决定 第二十二页，共74页 6.1.1pn-JFET 漏源I-V特性定性分析 击穿区：（VDS大到漏栅结的雪崩击穿电压 ） 第二十三页，共74页 6.1.1pn-JFET 漏源I-V特性定性分析 2、 VGS0的情况：（1）器件偏置特点（VDS=0） 零偏栅压 小反偏栅压 VGS0 漏（源）栅结已经反偏 ； 耗尽层厚度大于VGS =0的情况； 有效沟道电阻增加。 第二十四页，共74页 6.1.1pn-JFET 漏源I-V特性定性分析 （2） — 关系 特点：a. 电流随电压变化趋势，基本过程相同， b. 电流相对值减小。 c. 夹断电压变小，VDS(sat: VGS0)VDS(sat: VGS=0) d. 击穿电压变小，BVDS(sat: VGS0)BVDS (sat:VGS=0) 第二十五页，共74页 6.1.1pn-JFET 漏源I-V特性定性分析 3、 足够小 ↓= 使上下耗尽层将沟道区填满， 沟道从源到漏 彻底夹断， ＝0 ，器件截止。 结论：栅结反偏压可改变耗尽层大小，从而控制漏电流大小。 第二十六页，共74页 6.1.1pn-JFET 漏源I-V特性定性分析 N沟耗尽型JFET的输出特性： 非饱和区： 漏电流同时决定于栅源电压和漏源电压 饱和区： 漏电流与漏源电压无关，只决定于栅源电压 第二十七页，共74页 MESFET（Metal-Semiconductor FET）是一种由Schottky势垒栅极构成的场效应晶体管，适用于高频应用，如工作频率超过5GHz的放大器和振荡电路中。可以作为分立器件，也可以做成集成芯片，GaAs-MESFET是微波集成电路的核心。 6.1.2 MESFET的基本工作原理 第二十八页，共74页 肖特基势垒代替PN结 耗尽型：加负压耗尽层扩展到夹断（正压情况不行） 耗尽型： 当在栅源极之间加一个反偏电压时，金属栅极下面产生一个空间电荷区，用以调制沟道电导。如果所加负压足够大，空间电荷区就扩散到衬底，这种情况称为夹断。 6.1.2 MESFET的基本工作原理 第二十九页，共74页 如果把半绝缘衬底用本征材料，其能带如图所示。因为在沟道与衬底之间，沟道与金属栅之间存在势垒，电子将被束缚在沟道中。 6.1.2 MESFET的基本工作原理 第三十页，共74页 MESFET分为耗尽型（D- MESFET）和增强型（E- MESFET） 耗尽型： VG=0时，沟道没有完全耗尽 VG=0时，沟道已完全耗尽，必须加一个正向偏压，以减少耗尽层宽度，增加沟道电流 第三十一页，共74页 增强型：电压摆幅小，因为所加正压不能太高，否则从电流从栅极走掉了 第三十二页，共74页 第六章：结型场效应晶体管 6.1 JFET概念 6.2 器件的特性 6.3 非理想因素 6.4 等效电路和频率限制 6.5 高电子迁移率晶体管 第三十三页，共74页 6.2 器件的特性 6.2.1 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压 6.2.2 耗尽型JFET的理想I-V特性 6.2.3 跨导 6.2.4 MESFET 第三十四页，共74页 6.2.1 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压 讨论JFET基本电学特性之前，先分析均匀掺杂耗尽型pn JFET，再讨论增强型。 先推导理想单边器件的I-V关系，ID1表示其电流, 双边器件可简单地认为是两个JFET的并联，ID2=2ID1 忽略单边器件衬底处的耗尽层。 第三十五页，共74页 近似为单边突变结，设沟道宽度为a，热平衡时的耗尽层宽度为h，内建电势为Vbi，外加栅源电压VGS，内建夹断电压Vpo，夹断电压Vp 6.2.1 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压 VGS VGS 单边n沟JFET 单边p沟JFET 第三十六页，共74页 6.2.1 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压 第三十七页，共74页 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压 第三十八页，共74页 6.2.1 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压 分析栅极和漏极同时加电压的情况