第三章結(jié)型場效應晶體管

第三章結(jié)型場效應晶體管第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日第3章結(jié)型場效應晶體管教師：余菲

電子郵件：第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日討論主題：1.場效應晶體管介紹2.JFET工作原理3.JFET的直流特性第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.場效應晶體管介紹什么是場效應管?

場效應晶體管【FieldEffectTransistor縮寫(FET)】簡稱場效應管.由多數(shù)載流子參與導電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導體器件.DS電流電場第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日1965年，按照摩爾老先生在文章中提出，芯片上集成的晶體管數(shù)量大約每18個月就將翻一番。1971年，Intel發(fā)布了第一個微處理器4004。4004采用10微米工藝生產(chǎn)，僅包含2300多個晶體管，時鐘頻率為108KHz。第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日1974年，主頻為2MHz的8位微處理器8080問世，它采用6微米工藝，集成了6000個晶體管。由于它采用了NMOS（N溝道MOS）電路，因此運算速度比8008快10倍，后者采用了PMOS（P溝道MOS）電路。之后，在1978年Intel又陸續(xù)推出了8086處理器，這時工藝已經(jīng)縮減為3微米工藝，含2.9萬個晶體管，頻率有4.77MHz、8MHz和10MHz。到了1983年，Intel首次推出了新型處理器286，它含有13.4萬個晶體管，頻率為6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。隨后1985年，推出了386處理器，含27.5萬個晶體管，頻率為16～33MHz，具備初級多任務(wù)處理能力）等處理器。1989年，Intel發(fā)布了486處理器。這款經(jīng)過4年開發(fā)和3億美金投入的處理器首次突破了100萬個晶體管大關(guān)，主頻也從25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz、66MHz，此時，處理器工藝已經(jīng)全面采用了1微米工藝，并且在芯片內(nèi)集成了125萬個晶體管，這時芯片內(nèi)的晶體管數(shù)量已經(jīng)超過了Intel4004處理器內(nèi)晶體管數(shù)量的五百倍。第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日直到1993年，采用800納米的奔騰（Pentium）的出世，讓CPU全面從微米時代跨入了納米時代。奔騰含有310萬個晶體管，代表型號有Pentium60（60MHz）和Pentium66（66MHz）。此后，Intel又推出了奔騰75MHz～120MHz，制造工藝則提高到500納米，此后CPU發(fā)展直接就跳轉(zhuǎn)至350nm工藝時代。PentiumMMX,Intel于1996年發(fā)明在0.35微米工藝的幫助下，工作頻率突破了200MHz第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日0.35um0.25um0.18um1997-2002（.35&.25&.18時代）第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日0.13um2002年0.045um2008年0.09um第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日雙極型晶體管和場效應晶體管的異同：對比雙極和FET:速度,功耗,應用,工藝水平,控制方式(電壓/電流).第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日場效應管的分類:場效應管分結(jié)型、絕緣柵型(MOS)兩大類按溝道材料:結(jié)型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種.按導電方式:耗盡型與增強型,結(jié)型場效應管均為耗盡型,絕緣柵型場效應管既有耗盡型的,也有增強型的。第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日2.基本原理SDG理想對稱結(jié)構(gòu)結(jié)型場效應晶體管JFETJ:junctionF:fieldE:effectT:transistorMetalP+-SiN-SiN+-Si第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日SDN溝道JFET正常狀態(tài)下的偏置方式

P+NP+G第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日IDS/mAVDS/V非飽和區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)VGS=0abcVDSat第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日IDS/mAVGS/VVPIDSS轉(zhuǎn)移特性與輸出特性密切相關(guān)N管：VP<0P管：VP>0當VGS=VP溝道被夾斷0.7第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日VGS=0VDS很小SD

P+NP+G第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日S

P+NP+GPVGS=0VDS=VDSatD第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日VGS=0VDS>VDSatSD

P+NP+GP第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日3.直流特性1.PN節(jié)空間電荷區(qū)寬度和電壓關(guān)系2.開始導通和飽和的原理定義夾斷電壓:在源漏電壓為0時,使溝道完全閉合的電壓第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日導通柵源閾值電壓:飽和漏源電壓:第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日飽和區(qū)工作條件:第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日非飽和區(qū)工作條件:第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日非飽和區(qū)電流公式：其中是兩個冶金結(jié)間形成溝道之電導VD是結(jié)接觸電勢差第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日飽和電流公式：其中是最大飽和漏極電流是本征夾斷電壓，漏源電壓為零時柵結(jié)耗盡層穿通整個溝道所需的柵源電位差第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日最大飽和電流：第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日跨導定義：非飽和區(qū)跨導：飽和區(qū)跨導：最大飽和區(qū)跨導：第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日最小溝道電阻Rmin第二十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日從輸出特性看幾個參數(shù)IDS/mAVDS/V非飽和區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)VGS=0abcVDSat=

7vVGS=-1VGS=-2VGS=-3第三