半导体器件原理第六章

1、第六章：结型场效应晶体管第六章：结型场效应晶体管Junction Field Effect Transistor（JFET）结型场效应晶体管结型场效应晶体管通过通过改变垂直于导电沟道的电场强度改变垂直于导电沟道的电场强度来控制来控制沟道的导沟道的导电能力电能力，从而调制通过沟道的电流。由于场效应晶体，从而调制通过沟道的电流。由于场效应晶体管的工作电流仅由多数载流子输运，故又称之为管的工作电流仅由多数载流子输运，故又称之为“单单极型极型( (场效应场效应) )晶体管晶体管”。JFET可分为两类：可分为两类：Pn结场效应晶体管（结场效应晶体管（pn JFET），），pn结制成；结制成；金属金属-半

2、导体结型场效应晶体管（半导体结型场效应晶体管（MESFET），肖特基），肖特基势垒整流接触结制成。势垒整流接触结制成。第六章：结型场效应晶体管第六章：结型场效应晶体管6.1 JFET概念内容JFET基本概念场效应现象场效应现象20世纪世纪20年代和年代和30年年代被发现，文献记载如图所示的代被发现，文献记载如图所示的晶体管结构，是第一个被提出来晶体管结构，是第一个被提出来的固态晶体管。的固态晶体管。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）下面半导体的电调制（影响）下面半导体的电导，从而实现导，从而实现AB两端的电流控两端的电流控制。制。场效应：半导体电导被垂直于半场

3、效应：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。特点：多子器件，单极型晶体管特点：多子器件，单极型晶体管1952年，年，Shockley首次提出并分析了结型场效应晶体首次提出并分析了结型场效应晶体管。管。在在JFET中所加的栅电压改变了中所加的栅电压改变了pn结耗尽层宽度，耗结耗尽层宽度，耗尽层宽度的变化反过来调节源、漏欧姆接触之间的尽层宽度的变化反过来调节源、漏欧姆接触之间的电导。电导。N沟沟JFET中，多数载流子中，多数载流子电子电子起主要导电作用；起主要导电作用；P沟沟JFET中，多数载流子中，多数载流子空穴空穴起主要导电作用；起主要导电作用；空穴的迁移率比

4、电子的迁移率小，所以空穴的迁移率比电子的迁移率小，所以p-JFET的工的工作频率比作频率比n-JFET的工作频率低。的工作频率低。6.1.1 pn-JFET基本工作原理基本工作原理 G栅极（基极）栅极（基极）S源极（发射极）源极（发射极）D漏极（集电极）漏极（集电极）在在N型半导体硅型半导体硅片的两侧各制造片的两侧各制造一个一个PN结，形结，形成两个成两个PN结夹结夹着一个着一个N型沟道型沟道的结构。的结构。P区即区即为栅极，为栅极，N型硅型硅的一端是漏极，的一端是漏极，另一端是源极。另一端是源极。6.1.1 pn-JFET基本工作原理基本工作原理 JFETJFET的基本结构的基本结构JFET

5、JFET的基本结构的基本结构(n(n沟道结型场效应管）沟道结型场效应管）6.1.1 pn-JFET基本工作原理 漏源漏源I-V特性定性分析特性定性分析 对称对称n沟沟pn结结JFET的横截面的横截面图图漏源电压在沟道漏源电压在沟道区产生电场，使区产生电场，使多子从源极流向多子从源极流向漏极。漏极。6.1.1 pn-JFET基本工作原理 与MOSFET比较 ID的形成的形成：（：（n沟耗尽型）沟耗尽型）如果源极接地，并在漏极加上一个小的正电压，则在漏源之如果源极接地，并在漏极加上一个小的正电压，则在漏源之间就产生了一个漏电流间就产生了一个漏电流ID。 对称对称n沟沟pn结结JFET的横截面的横截

6、面厚度几厚度几十十几微米几微米两边夹两边夹结型结型:大于大于107，绝缘栅，绝缘栅:1091015。为分析为分析JFET的基本工作原理，首先假设的基本工作原理，首先假设一个标准的偏置条件。一个标准的偏置条件。VG0：pn结是零结是零偏或反偏。偏或反偏。VD0：确保：确保n区电子从源端流向漏端。区电子从源端流向漏端。通过系统改变电压来分析器件内发生的变通过系统改变电压来分析器件内发生的变化。化。6.1.1 pn-JFET 沟道随沟道随VGS变化情况变化情况 (VDS很小时很小时)ID-VDS特性曲线随特性曲线随VGS的变化会有什么变化？的变化会有什么变化？（1）VGS=0，顶部和底部的，顶部和底

7、部的p+n结处于热平衡，沟道宽度结处于热平衡，沟道宽度最宽，漏端加一个小的最宽，漏端加一个小的VDS，就形成漏电流。，就形成漏电流。栅极加负偏栅极加负偏压压VGSVDsat后，随后，随VD的增加，的增加，ID基本保持不变，基本保持不变，达到饱和达到饱和JFET工作原理工作原理6.1.1 pn-JFET 漏源漏源I-V特性定性分析特性定性分析1、 VGS =0的情况：的情况：注：注：a.栅结栅结p+n结近似单边突变结。结近似单边突变结。 b.沟道沟道区假定为均匀掺杂区假定为均匀掺杂 。（1）器件偏置特点）器件偏置特点 VDS =0时时 栅结只存在平衡时的耗尽层栅结只存在平衡时的耗尽层 沿沟长方向

8、沟道横截面积相同沿沟长方向沟道横截面积相同 VDS0 漏端附近的耗尽层厚度漏端附近的耗尽层厚度,向沟向沟道区扩展，沿沟长方向沟道横道区扩展，沿沟长方向沟道横截面积不同截面积不同, 漏端截面漏端截面A最小。最小。（2） IDVDS关系关系 VDS较小：较小：VDS增大：增大：VDS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夹断点：夹断点：沟道横沟道横截面积正好截面积正好=0线性区线性区过渡区过渡区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，

9、此时沟道完全耗尽，这一条件称为区最终连接到一起，此时沟道完全耗尽，这一条件称为“夹断夹断”，所对应的漏电压称为，所对应的漏电压称为“夹断电压夹断电压”。饱和区：饱和区：（ VDS 在沟道夹断基础上增加）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存在，且仍由导电沟道区电特性决定6.1.1pn-JFET 漏源漏源I-V特性定性分析特性定性分析击穿区：击穿区：（VDS大到漏栅结的雪崩击穿电压大到漏栅结的雪崩击穿电压 ）6.1.1pn-JFET 漏源漏源I-V特性定性分析特性定性分析2、 ：（1）器件偏置特点（）器件偏置特点（VDS=0）零偏栅压零偏栅压小反偏栅压小反偏栅压VGS0 漏

10、（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VGS =0的情况；的情况； 有效沟道电阻增加。有效沟道电阻增加。6.1.1pn-JFET 漏源漏源I-V特性定性分析特性定性分析（2） 关系关系 特点：特点：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. 电流相对值减小。电流相对值减小。 c. 夹断电压变小，夹断电压变小，VDS(sat: VGS0)VDS(sat: VGS=0) d. 击穿电压变小，击穿电压变小，BVDS(sat: VGS0)BVDS (sat:VGS=0) DSVDI6.1.1pn-JFET 漏源漏源I-V特性定性分

11、析特性定性分析3、 = 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。6.1.1pn-JFET 漏源漏源I-V特性定性分析特性定性分析N沟耗尽型沟耗尽型JFET的输出特性：的输出特性：非饱和区：非饱和区：漏电流同时决定于栅源电压漏电流同时决定于栅源电压和漏源电压和漏源电压饱和区：饱和区：漏电流与漏源电压无关，只漏电流与漏源电压无关，只决定于栅源电压决定于栅源电压MESFET（Me

12、tal-Semiconductor FET）是一种由）是一种由Schottky势垒栅极势垒栅极构成的场效应晶体管，适用于高频构成的场效应晶体管，适用于高频应用，如工作频率超过应用，如工作频率超过5GHz的放大器和振荡电路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，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。是微波集成电路的核心。6.1.2 MESFET的基本工作原理肖特基势垒代替肖特基势垒代替PN结结耗尽型：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：当在栅源极之间加一个反偏当在栅

13、源极之间加一个反偏电压时，金属栅极下面产生电压时，金属栅极下面产生一个空间电荷区，用以调制一个空间电荷区，用以调制沟道电导。如果所加负压足沟道电导。如果所加负压足够大，空间电荷区就扩散到够大，空间电荷区就扩散到衬底，这种情况称为夹断。衬底，这种情况称为夹断。6.1.2 MESFET的基本工作原理如果把如果把半绝缘衬底半绝缘衬底用用本征材料本征材料，其能带如图所示。因为，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。将被束缚在沟道中。6.1.2 MESFET的基本工作原理MESFET分为耗尽型（分为耗尽型（D

14、- MESFET）和增强型（）和增强型（E- MESFET）增强型：电压摆幅小，因为所加正压不能太高，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否则从电流从栅极走掉了第六章：结型场效应晶体管第六章：结型场效应晶体管6.1 JFET概念概念6.2 器件的特性器件的特性6.3 非理想因素非理想因素6.4 等效电路和频率限制等效电路和频率限制6.5 高电子迁移率晶体管高电子迁移率晶体管6.2 器件的特性6.2.1 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压和电压u讨论讨论JFET基本电学特性之前，先分析基本电学特性之前，先分析均匀掺杂耗尽均匀掺杂耗尽型型

15、pn JFET，再讨论，再讨论增强型增强型。u先推导理想单边器件的先推导理想单边器件的I-V关系，关系，ID1表示其电流表示其电流,u双边器件可简单地认为是两个双边器件可简单地认为是两个JFET的并联，的并联，ID2=2ID1u忽略单边器件衬底处的耗尽层。忽略单边器件衬底处的耗尽层。6.2.1 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压和电压VGSVGS6.2.1 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压biPopbisdpodpospodGSbisnVVaeNVeNVanpaheNVVhVVJFETVV22V,)(2POP22121 此

16、此，夹夹断断电电压压是是负负值值，因因沟沟耗耗尽尽型型）称称为为夹夹断断电电压压（阈阈电电压压栅栅源源电电压压把把形形成成沟沟道道夹夹断断所所加加的的表表示示用用断断电电压压，结结的的总总电电势势称称为为内内建建夹夹在在阈阈值值点点，空空间间电电荷荷区区宽宽度度为为： 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压，夹夹断断电电压压是是正正值值。沟沟耗耗尽尽型型或或（阈阈电电压压）栅栅源源电电压压称称为为夹夹断断电电压压把把形形成成沟沟道道夹夹断断所所加加的的表表示示用用断断电电压压，结结的的总总电电势势称称为为内内建建夹夹在在阈阈值值点点，沟沟对对于于JFETVVV

17、VV22V,)(2JFETPOPP22121PVVaeNVeNVapnaheNVVhpbiPopbisapoapospoaGSbis 6.2.1 内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压内建夹断电压、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：分析栅极和漏极同时加电压的情况： 由于漏端电压的作用，沟道中不同位置的电压由于漏端电压的作用，沟道中不同位置的电压不同，所以耗尽层的宽度随沟道中的位置而不不同，所以耗尽层的宽度随沟道中的位置而不同。同。内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压N沟沟pn JFET器件的基本几何结构图器件的基本几何结构图栅极和漏极同时加

18、上电压栅极和漏极同时加上电压：耗尽层的宽度随在沟道中的耗尽层的宽度随在沟道中的位置不同而不同位置不同而不同内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压内建夹断电压、夹断电压和漏源饱和电压)()(,VV)()(2)(V)(V(2)VV(2(2PGS221DSDS221DS2211GSbiPODSGSbiPODSPOsdGSDSbidGSbisdGSbisdGSbisVVVsatVJFETpVVVsatVVNeaVsatVeNVsatVasataheNVVheNVVh 则则有有：沟沟对对于于时时，此此式式将将失失去去意意义义当当也也可可表表示示为为：表表示示（这这时时对对应应的的漏漏源源电电压压用用生生，

19、时时，沟沟道道夹夹断断在在漏漏端端发发当当漏漏端端的的耗耗尽尽层层宽宽的的：源源端端的的耗耗尽尽层层宽宽的的： 理论计算得到的理论计算得到的ID-VD曲线曲线实验测得的实验测得的ID-VD曲线曲线理想饱和漏电流与漏极电压无理想饱和漏电流与漏极电压无关关6.2.3 跨导跨导沟道互导沟道互导沟道电导沟道电导DGVGDmVDDdVIgVIg 跨导是场效应晶体管的一个重要参数，它表示栅跨导是场效应晶体管的一个重要参数，它表示栅极电压对漏极电流的控制能力。极电压对漏极电流的控制能力。 跨导定义为跨导定义为漏源电压漏源电压V VDSDS一定时，漏极电流的微一定时，漏极电流的微分增量与栅极电压的微分增量之比

20、。分增量与栅极电压的微分增量之比。非饱和区非饱和区饱和区饱和区6.2.4 MESFETMESFET除了除了pn结被肖特基势垒结被肖特基势垒整流接触结代替外，整流接触结代替外，其他均与其他均与pn JFET相同。相同。MESFET通常用通常用GaAs制造。制造。增强型增强型JFET实验和理论的平方根与实验和理论的平方根与VGS的理的理想关系曲线想关系曲线理想曲线和电压轴相交的一理想曲线和电压轴相交的一点值是点值是阈值电压阈值电压。理想下的理想下的I-V关系是在假定关系是在假定pn结耗尽层突变近似的情结耗尽层突变近似的情况下推导出来的。况下推导出来的。JFET和和MOSFET的主要共同点和差异的主

21、要共同点和差异JFET与与MOSFET都是场效应晶体管，它们的主要都是场效应晶体管，它们的主要共同点在于：共同点在于：（1）是）是多数载流子工作多数载流子工作的器件，则不存在因为少的器件，则不存在因为少数载流子所引起的一些问题（如温度稳定性较数载流子所引起的一些问题（如温度稳定性较好）。好）。（2）输入阻抗都很高输入阻抗都很高，并且都是电压驱动的器，并且都是电压驱动的器件，则工作时不需要输入电流，而且输入回路较为件，则工作时不需要输入电流，而且输入回路较为简单。简单。（3）转移特性都是抛物线关系转移特性都是抛物线关系，则不存在，则不存在3次交扰次交扰调制噪声。调制噪声。 JFET与与MOSFE

22、T由于器件结构不同，特性存在差异：由于器件结构不同，特性存在差异：（1）MOSFET的的输入阻抗输入阻抗更加高于更加高于JFET。（2）MOSFET对于对于静电放电（静电放电（ESD）的抵抗能力较差）的抵抗能力较差，因此在因此在MOSFET的输入端往往需要设置防止的输入端往往需要设置防止ESD破坏的破坏的二极管等元器件。二极管等元器件。（3）JFET一般是耗尽型的器件，而一般是耗尽型的器件，而MOSFET可以有增可以有增强型器件。因此，在使用时，强型器件。因此，在使用时，JFET的栅极只能外加反向的栅极只能外加反向电压，对于正向的输入电压则不能正常工作。电压，对于正向的输入电压则不能正常工作。

23、MOSFET由于既有耗尽型、也有增强型，则输入电压信号较大时由于既有耗尽型、也有增强型，则输入电压信号较大时也能够正常工作。也能够正常工作。（4）JFET的的噪声性能噪声性能优于优于MOSFET。因为。因为JFET的沟道的沟道是在体内，则不存在是在体内，则不存在MOSFET那样的由于表面或界面所那样的由于表面或界面所引起的引起的1/f噪声。所以噪声。所以JFET的低频噪声很小。的低频噪声很小。6.3 非理想效应非理想效应*p 同其他器件一样，同其他器件一样，JFET存在使器件发生改变的非理想存在使器件发生改变的非理想因素。因素。p 前面我们分析的是具有前面我们分析的是具有恒定沟道长度恒定沟道长

24、度和和恒定迁移率恒定迁移率的的理想晶体管，忽略了栅电流的影响。理想晶体管，忽略了栅电流的影响。p 当当JFET处于饱和区时，有效的电场沟道长度是处于饱和区时，有效的电场沟道长度是VDS的的函数，这种非理性因素称为函数，这种非理性因素称为沟道长度调制效应沟道长度调制效应。p 此外，当晶体管处于饱和区及其附近时，沟道中的电此外，当晶体管处于饱和区及其附近时，沟道中的电场强度能变得足够大，使多数载流子达到场强度能变得足够大，使多数载流子达到饱和速率饱和速率。迁移率不再是常数。迁移率不再是常数。栅电流栅电流的数量级将影响到输入阻的数量级将影响到输入阻抗。抗。L21-L1I21L1I.DD 实实际际器器

25、件件：变变化化的的。实实际际有有效效沟沟道道长长度度是是有有理理想想情情况况：成成反反比比漏漏电电流流与与给给定定沟沟道道长长度度假假定定沟沟道道长长度度是是常常数数，LLL6.3.1 沟道长度调制效应沟道长度调制效应6.3.2 饱和速度影响饱和速度影响 硅中载流子的漂移速度随着电场强度的硅中载流子的漂移速度随着电场强度的增加而达到饱和，这个饱和速度的影响表示增加而达到饱和，这个饱和速度的影响表示迁移率不是一个常数迁移率不是一个常数。 对于短沟道对于短沟道JFET和和MESFET，前面假设载流，前面假设载流子的迁移率是常数就变的不可靠了。因为子的迁移率是常数就变的不可靠了。因为短短沟道时沟道时

26、，沟道内的电场已很大。，沟道内的电场已很大。迁移率不再迁移率不再是常数是常数。6.3 非理想效应非理想效应WhaeNsatIsatsatdD)()(6.3 非理想效应非理想效应表明载流子速度和空间电荷宽度饱和效应的表明载流子速度和空间电荷宽度饱和效应的JFET剖面剖面6.3 非理想效应非理想效应6.3 非理想效应非理想效应引入等效电容引入等效电容-电阻电路电阻电路进行频率特性分析进行频率特性分析JFET中不同的物理因子对频率限制的影响中不同的物理因子对频率限制的影响定义晶体管的特征参数定义晶体管的特征参数截止频率截止频率主主要要内内容容源串联电阻影响源串联电阻影响小信号电流小信号电流Ids =

27、gmVgsVGS与与Vgs关系：关系：VGS=Vgs +(gmVgs)rs=(1+gm rs) Vgs漏极电阻的影响是：漏极电阻的影响是：降低有效跨导或晶体管增益降低有效跨导或晶体管增益gsmgssmmdsVgVrggI 1也也可可以以写写成成由于由于gm是直流栅源电压的函数，因此是直流栅源电压的函数，因此g m也是也是VGS的函数。的函数。晶体管工作于饱和区时晶体管工作于饱和区时gm与与VGS关系。关系。理想情况跨导理想情况跨导实验：有串联电实验：有串联电阻阻rs=2000 时时的跨导的跨导6.4.2 频率限制因子和截止频率频率限制因子和截止频率 22msT2f (min)maxg 2 f2

28、,LaNeaaWLCLWaNeCgfVgVCICCCVCCjIsdnTsGdngmTgsmgsGigdgsGgsgdgsi 。最最大大截截止止频频率率为为为为空空间间最最大大电电荷荷区区宽宽度度最最小小栅栅电电容容为为最最大大跨跨导导即即那那么么截截止止频频率率为为：如如果果使使输输出出短短路路时时有有：u硅硅JFET具有很高的截止频率具有很高的截止频率。u对于小几何尺寸的砷化镓对于小几何尺寸的砷化镓JFET或或MESFET，截止频，截止频率更大。率更大。uGaAs FET的一个用途是用于超高数字集成电路的一个用途是用于超高数字集成电路中：中：GaAs MESFET逻辑门可以实现达到次毫微秒范

29、围内逻辑门可以实现达到次毫微秒范围内的传播延迟时间。的传播延迟时间。增强型增强型GaAs JFET在逻辑电路中用于驱动级，耗尽型在逻辑电路中用于驱动级，耗尽型器件可用于负载。可以实现低至器件可用于负载。可以实现低至45 PS的延迟时间。的延迟时间。6.5 高电子迁移率晶体管（高电子迁移率晶体管（HEMT）随着频率、功率容量以及低噪声容限需求的增加，砷化随着频率、功率容量以及低噪声容限需求的增加，砷化镓镓MESFET已经达到了其设计上的极限。已经达到了其设计上的极限。因此需要更短沟道长度、更大饱和电流和更大跨导的短因此需要更短沟道长度、更大饱和电流和更大跨导的短沟道沟道FET。可以通过可以通过来

30、满足这些需求。来满足这些需求。但是沟道区多数载流子与电离的杂质共同存在，多数载流但是沟道区多数载流子与电离的杂质共同存在，多数载流子受电离杂质散射，从而使载流子迁移率减小，器件性能子受电离杂质散射，从而使载流子迁移率减小，器件性能降低。降低。在未掺杂的在未掺杂的GaAs薄势阱中形薄势阱中形成了电子的一个成了电子的一个二维表面沟道二维表面沟道层层。可获得。可获得1012cm-2数量级的数量级的电子载流子密度。由于杂质散电子载流子密度。由于杂质散射效应降低，载流子在低场中射效应降低，载流子在低场中平行于异质结运动的迁移率得平行于异质结运动的迁移率得到改进。到改进。异质结中的电子迁移率异质结中的电子

31、迁移率是由是由晶晶格或散射决定格或散射决定的，因此随着的，因此随着温温度的降低度的降低，迁移率迅速增加迁移率迅速增加。6.5 6.5 高电子迁移率晶体管高电子迁移率晶体管* * 6.5.16.5.1量子阱结构量子阱结构6.5.16.5.1量子阱结构量子阱结构二维电子气：二维电子气：来自高掺杂半导体区域；来自高掺杂半导体区域；位于低掺杂半导体区域；位于低掺杂半导体区域；降低了杂质散射；降低了杂质散射；增大了电子迁移率。增大了电子迁移率。增大载流子与电离施主原子增大载流子与电离施主原子的分离程度，可使它们之间的分离程度，可使它们之间的库仑引力更小，从而进一的库仑引力更小，从而进一步增大电子迁移率。

32、步增大电子迁移率。这种异质结的不足之处是势阱中的电子密度比突变结中的小。这种异质结的不足之处是势阱中的电子密度比突变结中的小。分子束外延技术可以通过特定掺杂，生长一层很分子束外延技术可以通过特定掺杂，生长一层很薄的特殊半导体材料，尤其可以形成多层掺杂异薄的特殊半导体材料，尤其可以形成多层掺杂异质结结构。质结结构。多层膜结构：多层膜结构：增加沟道电子层；增加沟道电子层；增加沟道电子密度；增加沟道电子密度；增强增强FET负载能力。负载能力。典型典型HEMT结构结构N-AlGaAs 与未掺杂的与未掺杂的GaAs之间被一个未掺杂的之间被一个未掺杂的AlGaAs间隔层隔开。间隔层隔开。 N-AlGaAs

33、通过通过肖特基接触形成栅极肖特基接触形成栅极势阱里二维电子气层中的电子密度受控于栅极电压。势阱里二维电子气层中的电子密度受控于栅极电压。在栅极加足够大的负栅压时，肖特基栅极中的电场使在栅极加足够大的负栅压时，肖特基栅极中的电场使势阱中的二维电子气层耗尽。势阱中的二维电子气层耗尽。标准标准HEMT器件的能带图：（器件的能带图：（a)零栅压（零栅压（b）负栅压）负栅压AlGaAs增强型增强型HEMT器件的电流器件的电流-电压关系电压关系这种异质结器件中的电流可以达到很大。这种异质结器件中的电流可以达到很大。器件的电流增大，负载能力器件的电流增大，负载能力增强；增强；多层沟道多层沟道HEMT受栅电压调受栅电压调制的作用。制的作用。最大跨导不能直接用沟道的最大跨导不能直接用沟道的数量来衡量，因为沟道的阈数量来衡量，因为沟道的阈值电压随沟道不同而变化；值电压随沟道不同而变化；有效沟道长度随栅极与沟道