半导体器件物理-JFET课件.ppt

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1、西安电子科技大学XIDIDIANUNIVERSITY第三章结型场效应晶体管场效应器件物理2021/8/912021/8/9XIDIANUNIVERSITY3.0引言FET（FieldEffectTransistor）FET基本结构原理：半导体导电沟道，阻值是受控的；控制电极（栅电极）产生与沟道垂直方向上的“电场”上述电场“调制”导电沟道的电导----场效应2021/8/9XIDIANUNIVERSITY3pn-JFETpnJunctionFETMESFETMetal-SemiconductorFET(Scho

2、ttlyBarrierGate)MOSFETMetal-Oxide-SemiconductorFET传统结构：金属铝栅-SiO2-Si系统FET典型结构：高掺杂多晶硅栅-SiO2-Si系统FET新结构：金属硅化物栅-高K介质（绝缘层）-Si系统FETIGFET：InsulatorGateFET，栅和半导体之间存在绝缘层(绝缘栅）3.0引言FET分类3.1JFET主要内容JFET的结构和类型JFET的基本工作原理I-V特性的定性分析I-V特性的定量分析JFET的几个重要参数JFET结合n沟耗尽型3.1JFETn

3、沟耗尽型JFET结构栅（Gate）：又称控制栅，高掺杂P+，P+区等电位源（Source）：提供导电载流子漏（Drain）：接受导电载流子沟道（Channel）：两个P+区耗尽层之间的半导体区(n区)，导电通道L-沟道长度，W-沟道宽度，d-沟道厚度，2a-原始沟道厚度加VDS，载流子从源漂移到漏，形成漏电流ID栅结偏压VGS则改变耗尽层厚度，从而调制沟道电导P+N结：栅结3.1JFET分类(1)n沟道pn-JFETn型沟道，电子导电VDS>0，使电子从源流到漏p沟道pn-JFETp型沟道，空穴导电VDS<0

4、，使空穴从源流到漏p沟工作频率比n沟小沟道导电类型划分：n型沟道(n沟)，p型沟道(p沟)3.1JFET分类(2)n沟道增强型pn-JFET零栅压时不存在沟道，VTN>0n沟道耗尽型pn-JFET零栅压时已存在沟道，VPN<0沟道为高阻材料，零栅压时，栅结内建电势已使沟道完全耗尽而夹断按照0栅压时是否存在沟道划分：耗尽型，增强型3.1JFET分类(3)p沟道增强型pn-JFET零栅压时不存在反型沟道，VTP<0p沟道耗尽型pn-JFET零栅压时已存在反型沟道，VPP>03.1JFETI-V特性定性分析p+n结

5、，耗尽层（势垒区）宽度W与外加偏置电压Vpn（反偏：Vpn为负）关系：W与Vpn之间有一一对应关系，无论知道其中哪一个量，就唯一确定另一个量。注意电压下标字母前后顺序的含义以及表示的电压之间关系如：VDG=VDS+VSG=VDS-VGSVGS＝0SDGGP+nP+栅结：p+n结3.1JFETID-VDS特性定性分析偏置特点：VGS=0→P+型栅区均为0电位，沟道存在VDS≥0，有电流ID导电沟道形状：源端沟道截面积最大，从源到漏不断减小沟道中X点从源到漏，栅结反偏压VXS增加(VDS≥0)，源端PN结0偏，近

6、漏端PN结反偏，漏端反偏压最大n沟道耗尽型pn-JFET：0栅压沟道存在XVDS很小→ID∝VDS（线性区）VDS很小→沟道方向沟道厚度不相等的现象很不明显→沟道相当于是一个截面积均匀的电阻→源漏电流ID随VDS几乎是线性增加→ID∝VDS（线性区）3.1JFETID-VDS特性定性分析VDS↑→ID随VDS增加的趋势减慢，偏离直线(过渡区)VDS↑→沟道方向沟道厚度不相等的现象逐步表现→近漏端pn结耗尽层加宽，即沟道变窄→沟道等效电阻↑→ID随VDS增加的趋势减慢，偏离直线3.1JFETID-VDS特性定性

7、分析VDS增加→“夹断”（Pinchoff）VDS↑→栅漏结反偏压增加→漏端沟道厚度刚好减小到零，漏端沟道夹断相应VDS和ID分别为漏源饱和电压VDS(sat)和饱和漏电流IDsat夹断点:沟道厚度刚好等于0的点夹断点的栅结偏压是一定的（使耗尽层厚度h=原始沟厚a）若VGS不变，不管夹断点在什么位置，则夹断点与源之间的电位差（栅结偏压）都保持不变，为VDS(sat)3.1JFETID-VDS特性定性分析VDS>VDSsat，器件进入饱和区VDS↑→漏端pn结耗尽层进一步扩大，夹断点逐步向源端移动原沟道区：导电

8、沟道区+耗尽层夹断区，电流被夹断了吗？电流连续性：导电沟道区上的电势差VDSsat使电子从源出发漂移到达夹断点，立即被漏极与夹断点间耗尽层中强电场(VDS-VDSsat产生)扫向漏极，形成IDID大小由导电沟道区决定3.1JFETID-VDS特性定性分析ID=IDsat：夹断点与源之间（导电沟道区两端）的电位差保持VDS(sat)不变夹断点与源间长度（有效沟长）L`≈L-ΔL