第十三章结型场效应晶体管

1、第第1313章章 结型场效应晶体管结型场效应晶体管2014-12-152014-12-15第第1313章章 结型场效应晶体管结型场效应晶体管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等效电路和频率限制等效电路和频率限制n13.513.5高电子迁移率晶体管高电子迁移率晶体管13.1 JFET13.1 JFET概念内容概念内容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结型场效应管分类：结型场效应管分

2、类： npnpn JFET JFETnMESFETMESFET由肖特基势垒整流接触结制成由肖特基势垒整流接触结制成所用知识：半导体材料、所用知识：半导体材料、PNPN结、肖特基势垒二极管结、肖特基势垒二极管JFETJFET基本概念基本概念n基本思路：加在金属板上的电压基本思路：加在金属板上的电压调制（影响）下面半导体的电导，调制（影响）下面半导体的电导，从而实现从而实现ABAB两端的电流控制。两端的电流控制。n场效应：场效应：半导体电导被垂直于半半导体电导被垂直于半导体表面的电场调制的现象。导体表面的电场调制的现象。n特点：特点：多子器件，单极型晶体管。多子器件，单极型晶体管。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沟耗尽型）沟耗尽型） DI 图图3.13.1对称对称n n沟沟pnpn结结JFETJFET的横截面的横截面漏源电压在沟道区产生漏源电压在沟道区产生电场，使多子从源极流电场，使多子从源极流向漏极。向漏极。13.1.113.1.1 pnpn-JFET-JFET 与与MOSFETMOSFET比较比较n n 的形成的形成: :（n n沟耗尽型）沟耗尽型） DI 图图3.13.1对称对称n n沟沟pnpn结结JFETJFET的横截面的横截面厚度几厚度几十几十几微米微米两边夹两边夹结型结型: :大

4、于大于10107 7，绝缘栅，绝缘栅: :10109 910101515。13131 11pn-JFET1pn-JFET 沟道随沟道随V VGSGS变化情况变化情况 (V(VDSDS很小时很小时) )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的情况：的情况：注：注：a.a.栅结栅结p p+ +n n结近似单边突变结。结近似单边突变结。 b.b.沟道沟道区假定为均匀掺杂区假定为均匀掺杂。（1 1）器件偏置特点）器件偏置特点 V VDSDS =0 =0时时 栅结只存在平

5、衡时的耗尽层栅结只存在平衡时的耗尽层 沿沟长方向沟道横截面积相同沿沟长方向沟道横截面积相同 V VDSDS00 漏端附近的耗尽层厚度漏端附近的耗尽层厚度, ,沟道区扩沟道区扩展，沿沟长方向沟道横截面积不同展，沿沟长方向沟道横截面积不同, , 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关系关系 V VDSDS较小：较小：V VDSDS增大：增大：V VDSDS较大：较大：增加到增加到正好使漏正好使漏端处沟道横截面端处沟道横截面积积 =0=0夹断点：夹断点：沟道横沟道横截面

6、积正好截面积正好=0=0线性区线性区过渡区过渡区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饱和区：饱和区：（ V VDSDS 在沟道夹断基础上增加）在沟道夹断基础上增加）I ID D存在，且仍由导电沟道区电特性决定存在，且仍由导电沟道区电特性决定, ,器件相当于一个恒流源。器件相当于一个恒流源。13131 11pn-JFET1pn-JFET 漏源漏源I-VI-V特性定性分析特性定性分析n击穿区：击穿区：（V VDSDS大到漏栅结的雪崩击穿电压大到漏栅结的雪崩击穿电压 ）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的情况：的情况：（1 1）器件偏置特点（）器件偏置特点（V VDSDS=0=0）零偏栅压零偏栅压小反偏栅压小反偏栅压V VGSGS00 漏（源）栅结已经反偏漏（源）栅结已经反偏 ； 耗尽层厚度大于耗尽层厚度大于V VGSGS =0 =0的情况；的情况； 有效沟道电阻增加。有效沟道电阻增加。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） 关系关系 特点：特点： a. a. 电流随电压变化趋势，基本过程相同，电流随电压变化趋势，基本过程相同， b. b. 电流相对值减小。电

8、流相对值减小。 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、 足够小足够小 = 使上下耗尽层将沟道区填满，使上下耗尽层将沟道区填满， 沟道从源到漏沟道从源到漏 彻底夹断，彻底夹断， 0 ，器件截止，器件截止。GSVGSVPVDIGSV结论：栅结反偏压可改变耗尽层大小，从而控制漏电流大

9、小。结论：栅结反偏压可改变耗尽层大小，从而控制漏电流大小。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沟耗尽型沟耗尽型JFETJFET的输出特性：的输出特性：n非饱和区：非饱和区：n漏电流同时决定于栅源电漏电流同时决定于栅源电压和漏源电压压和漏源电压n饱和区：饱和区：n漏电流与漏源电压无关，漏电流与漏源电压无关，只决定于栅源电压只决定于栅源电压13.1.2 MESFET13.1.2 MESFETn肖特基势垒代替肖特基势垒代替PNPN结结13.1.2 MESFET13.1.2 MESFETn肖特基势垒代替肖特基势垒代替PNPN结结n半绝缘衬底（本征情况下）半绝缘衬底（本征情况下）耗尽型：加负压耗尽层扩展到夹断（正压情况不行）耗尽型：加负压耗尽层扩展到夹断（正压情况不行）耗尽型耗尽型：13.1.2 MESFET13.1.2 MESFET 增强型增强型MESFETMESFET空间电荷区空间电荷区增强型：电