半导体器件原理第六章

漏（源）栅结已经反偏 ； 耗尽层厚度大于VGS =0的情况； 有效沟道电阻增加。
6.1.1pn-JFET
（2） I D—V DS 关系
漏源I-V特性定性分析
先假设VG=0，分析VD逐渐增加时，从S-D的电流ID的变化 （1） VD=0 ：器件处于热平衡，p+n结存在很小的耗尽区 （2）VD缓慢增加一个较小的电压，会有电流流过n区沟
道，沟道就像一个纯电阻，ID随VD的增加线性增加。
（3）当VD增加到零点几伏以上时，由于从S到D逐渐 增大，导致顶部和底部的耗尽区会逐渐扩大，沟道
半导体器件原理
Principles of Semiconductor Devices
第六章：结型场效应晶体管 Junction Field Effect Transistor
（JFET）
逸夫理科楼229室
结型场效应晶体管
通过改变垂直于导电沟道的电场强度来控制沟道的导 电能力，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“单 极型(场效应)晶体管”。
栅极加负偏 压VGS<0
（3）对于较大的负偏压VG，即使VD=0，也可能使整个沟道 都处于耗尽状态。当VD=0，使整个沟道完全耗尽的栅电压 VG=VP称为“夹断栅电压”。对于VG<VP， 在所有漏偏压 下漏电流等于0。（如果没有击穿现象发生时）
VGS<<0
JFET转移特性曲线
2. VGS=0时, VDS的变化对ID有什么影响？
G－栅极（基极） S－源极（发射极） D－漏极（集电极）
JFET的基本结构(n沟道结型场效应管）
6.1.1 pn-JFET基本工作原理
性分析
漏源I-V特性定
漏源电压在沟道 区产生电场，使 多子从源极流向 漏极。
对称n沟pn结JFET的横截面图
6.1.1 pn-JFET基本工作原理 与MOSFET比较
6.1 JFET概念内容
6.1.1 pn JFET基本工作原理 6.1.2 MESFET基本工作原理
结型场效应管分类：
pn JFET MESFET
JFET基本概念
场效应现象20世纪20年代和30年 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 的固态晶体管。
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，从而实现AB两端的电流控 制。
ID的形成：（n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 间就产生了一个漏电流ID。
两边夹
厚度几~十 几微米
对称n沟pn结JFET的横截面 结型:大于107Ω，绝缘栅:109～1015Ω。
6.1.1 pn-JFET 沟道随VGS变化情况 (VDS
很小时)
为分析JFET的基本工作原理，首先假设 一个标准的偏置条件。VG≤0：pn结是零 偏或反偏。
6.1.1 pn-JFET
漏源I-V特性定性分析
1、 VGS =0的情况：注：a.栅结p+n结近似单边突变结。 b.沟道区假定为均匀掺杂 。
（1）器件偏置特点 VDS =0时 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
VDS>0 漏端附近的耗尽层厚度↑,向沟 道区扩展，沿沟长方向沟道横 截面积不同, 漏端截面A最小。
N沟JFET中，多数载流子电子起主要导电作用； P沟JFET中，多数载流子空穴起主要导电作用； 空穴的迁移率比电子的迁移率小，所以p-JFET的工
作频率比n-JFET的工作频率低。
6.1.1 pn-JFET基本工作原理
JFET的基本结构
在N型半导体硅 片的两侧各制造 一个PN结，形 成两个PN结夹 着一个N型沟道 的结构。P区即 为栅极，N型硅 的一端是漏极， 另一端是源极。
场效应：半导体电导被垂直于半 导体表面的电场调制的现象。
特点：多子器件，单极型晶体管
6.1.1 pn-JFET基本工作原理
1952年，Shockley首次提出并分析了结型场效应晶体 管。
在JFET中所加的栅电压改变了pn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 电导。
变窄，使沟道电阻逐渐增大，ID-VD 曲线的斜率将 会减小。
（4）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，此时沟道完全耗尽，
这一条件称为“夹断”，所对应的
漏电压称为“夹断电压VDsat” (5) 当VD>VDsat后，随VD的增加， ID基本保持不变，达到饱和
JFET工作原理
JFET可分为两类：
➢ Pn结场效应晶体管（pn JFET），pn结制成； ➢ 金属-半导体结型场效应晶体管（MESFET），肖特基
势垒整流接触结制成。
所用知识：半导体材料、PN结、肖特基势垒二极管
第六章：结型场效应晶体管
6.1 JFET概念 6.2 器件的特性 6.3 非理想因素 6.4 等效电路和频率限制 6.5 高电子迁移率晶体管
VD≥0：确保n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
化。
1. ID-VDS特性曲线随VGS的变化会有什么变化？
（1）VGS=0，顶部和底部的p+n结处于热平衡，沟道宽度 最宽，漏端加一个小的VDS，就形成漏电流。
VGS=0
（2）栅极加负偏压VGS<0时，顶部和底部的p+n结都处于反 偏,增加了耗尽层宽度，而使沟道的宽度变窄，沟道电阻变 大，使ID-VD曲线中线性部分的斜率变小。
（2） ID—VDS关系
VDS较小：
VDS增大：
VDS较大： 增加到正好使漏 端处沟道横截面 积 =0 夹断点：沟道横 截面积正好=0
线性区 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 区最终连接到一起，此时沟道完全耗尽，这一条件称为 “夹断”，所对应的漏电压称为“夹断电压”。
饱和区：（ VDS 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
6.1.1pn-JFET
漏源I-V特性定性分析
击穿区：（VDS大到漏栅结的雪崩击穿电压 ）
6.1.1pn-JFET
Байду номын сангаас
漏源I-V特性定性分析
2、 VGS<0的情况：（1）器件偏置特点（VDS=0）
零偏栅压
小反偏栅压
VGS<0