第十三章結(jié)型場效應(yīng)晶體管

1、第第1313章章 結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)型場效應(yīng)晶體管2014-12-152014-12-15第第1313章章 結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)型場效應(yīng)晶體管n13.1 JFET13.1 JFET概念概念n13.213.2器件的特性器件的特性n13.313.3非理想因素非理想因素n13.413.4等效電路和頻率限制等效電路和頻率限制n13.513.5高電子遷移率晶體管高電子遷移率晶體管13.1 JFET13.1 JFET概念內(nèi)容概念內(nèi)容n13.1.1 13.1.1 pnpn JFET JFET基本原理基本原理n13.1.2 MESFET13.1.2 MESFET基本原理基本原理n結(jié)型場效應(yīng)管分類：結(jié)型場效應(yīng)管分

2、類： npnpn JFET JFETnMESFETMESFET由肖特基勢壘整流接觸結(jié)制成由肖特基勢壘整流接觸結(jié)制成所用知識：半導(dǎo)體材料、所用知識：半導(dǎo)體材料、PNPN結(jié)、肖特基勢壘二極管結(jié)、肖特基勢壘二極管JFETJFET基本概念基本概念n基本思路：加在金屬板上的電壓基本思路：加在金屬板上的電壓調(diào)制（影響）下面半導(dǎo)體的電導(dǎo)，調(diào)制（影響）下面半導(dǎo)體的電導(dǎo)，從而實現(xiàn)從而實現(xiàn)ABAB兩端的電流控制。兩端的電流控制。n場效應(yīng)：場效應(yīng)：半導(dǎo)體電導(dǎo)被垂直于半半導(dǎo)體電導(dǎo)被垂直于半導(dǎo)體表面的電場調(diào)制的現(xiàn)象。導(dǎo)體表面的電場調(diào)制的現(xiàn)象。n特點：特點：多子器件，單極型晶體管。多子器件，單極型晶體管。13131 11

3、 1 pnpn-JFET-JFET 漏源漏源I-VI-V特性定性分析特性定性分析n 的形成的形成: :（n n溝耗盡型）溝耗盡型） DI 圖圖3.13.1對稱對稱n n溝溝pnpn結(jié)結(jié)JFETJFET的橫截面的橫截面漏源電壓在溝道區(qū)產(chǎn)生漏源電壓在溝道區(qū)產(chǎn)生電場，使多子從源極流電場，使多子從源極流向漏極。向漏極。13.1.113.1.1 pnpn-JFET-JFET 與與MOSFETMOSFET比較比較n n 的形成的形成: :（n n溝耗盡型）溝耗盡型） DI 圖圖3.13.1對稱對稱n n溝溝pnpn結(jié)結(jié)JFETJFET的橫截面的橫截面厚度幾厚度幾十幾十幾微米微米兩邊夾兩邊夾結(jié)型結(jié)型: :大

4、于大于10107 7，絕緣柵，絕緣柵: :10109 910101515。13131 11pn-JFET1pn-JFET 溝道隨溝道隨V VGSGS變化情況變化情況 (V(VDSDS很小時很小時) )V VGSGS=0=0V VGSGS00V VGSGS00VDS01311 pn-JFET 漏源漏源I-VI-V特性定性分析特性定性分析1 1、 V VGS GS =0=0的情況：的情況：注：注：a.a.柵結(jié)柵結(jié)p p+ +n n結(jié)近似單邊突變結(jié)。結(jié)近似單邊突變結(jié)。 b.b.溝道溝道區(qū)假定為均勻摻雜區(qū)假定為均勻摻雜。（1 1）器件偏置特點）器件偏置特點 V VDSDS =0 =0時時 柵結(jié)只存在平

5、衡時的耗盡層?xùn)沤Y(jié)只存在平衡時的耗盡層 沿溝長方向溝道橫截面積相同沿溝長方向溝道橫截面積相同 V VDSDS00 漏端附近的耗盡層厚度漏端附近的耗盡層厚度, ,溝道區(qū)擴溝道區(qū)擴展，沿溝長方向溝道橫截面積不同展，沿溝長方向溝道橫截面積不同, , 漏端截面漏端截面A A最小。最小。13131 11 1 pnpn-JFET-JFET 漏源漏源I-VI-V特性定性分析特性定性分析（2 2） I ID DV VDSDS關(guān)系關(guān)系 V VDSDS較小：較?。篤 VDSDS增大：增大：V VDSDS較大：較大：增加到增加到正好使漏正好使漏端處溝道橫截面端處溝道橫截面積積 =0=0夾斷點：夾斷點：溝道橫溝道橫截面

6、積正好截面積正好=0=0線性區(qū)線性區(qū)過渡區(qū)過渡區(qū)13.1.1pn-JFET13.1.1pn-JFET 漏源漏源I-VI-V特性定性分析特性定性分析n飽和區(qū)：飽和區(qū)：（ V VDSDS 在溝道夾斷基礎(chǔ)上增加）在溝道夾斷基礎(chǔ)上增加）I ID D存在，且仍由導(dǎo)電溝道區(qū)電特性決定存在，且仍由導(dǎo)電溝道區(qū)電特性決定, ,器件相當于一個恒流源。器件相當于一個恒流源。13131 11pn-JFET1pn-JFET 漏源漏源I-VI-V特性定性分析特性定性分析n擊穿區(qū)：擊穿區(qū)：（V VDSDS大到漏柵結(jié)的雪崩擊穿電壓大到漏柵結(jié)的雪崩擊穿電壓 ）13131 11pn-JFET1pn-JFET 漏源漏源I-VI-V

7、特性定性分析特性定性分析n2 2、 V VGSGS00的情況：的情況：（1 1）器件偏置特點（）器件偏置特點（V VDSDS=0=0）零偏柵壓零偏柵壓小反偏柵壓小反偏柵壓V VGSGS00 漏（源）柵結(jié)已經(jīng)反偏漏（源）柵結(jié)已經(jīng)反偏 ； 耗盡層厚度大于耗盡層厚度大于V VGSGS =0 =0的情況；的情況； 有效溝道電阻增加。有效溝道電阻增加。1313. .1 1. .1pn-JFET 1pn-JFET 漏源漏源I-VI-V特性定性分析特性定性分析n（2 2） 關(guān)系關(guān)系 特點：特點： a. a. 電流隨電壓變化趨勢，基本過程相同，電流隨電壓變化趨勢，基本過程相同， b. b. 電流相對值減小。電

8、流相對值減小。 c. Vc. VDSDS(sat: V(sat: VGSGS0)0)V VDSDS(sat(sat: V: VGSGS=0)=0) d. B d. BV VDSDS(sat: V(sat: VGSGS0)BV0)BVDSDS ( (sat:Vsat:VGSGS=0)=0) DSVDI13.1.1pn-JFET 漏源漏源I-VI-V特性定性分析特性定性分析3、 足夠小足夠小 = 使上下耗盡層將溝道區(qū)填滿，使上下耗盡層將溝道區(qū)填滿， 溝道從源到漏溝道從源到漏 徹底夾斷，徹底夾斷， 0 ，器件截止，器件截止。GSVGSVPVDIGSV結(jié)論：柵結(jié)反偏壓可改變耗盡層大小，從而控制漏電流大

9、小。結(jié)論：柵結(jié)反偏壓可改變耗盡層大小，從而控制漏電流大小。13131 11pn-JFET 1pn-JFET 漏源漏源I-VI-V特性定性分析特性定性分析nN N溝耗盡型溝耗盡型JFETJFET的輸出特性：的輸出特性：n非飽和區(qū)：非飽和區(qū)：n漏電流同時決定于柵源電漏電流同時決定于柵源電壓和漏源電壓壓和漏源電壓n飽和區(qū)：飽和區(qū)：n漏電流與漏源電壓無關(guān)，漏電流與漏源電壓無關(guān)，只決定于柵源電壓只決定于柵源電壓13.1.2 MESFET13.1.2 MESFETn肖特基勢壘代替肖特基勢壘代替PNPN結(jié)結(jié)13.1.2 MESFET13.1.2 MESFETn肖特基勢壘代替肖特基勢壘代替PNPN結(jié)結(jié)n半絕緣襯底（本征情況下）半絕緣襯底（本征情況下）耗盡型：加負壓耗盡層擴展到夾斷（正壓情況不行）耗盡型：加負壓耗盡層擴展到夾斷（正壓情況不行）耗盡型耗盡型：13.1.2 MESFET13.1.2 MESFET 增強型增強型MESFETMESFET空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)增強型：電