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(共16张PPT)
结型场效应晶体管和
金属半导体场效应晶体管
场效应：利用电场使半导体电导改变的效应。
单极器件(unipolar devices)：主要靠一种载流子传输电流的器件
沟道夹断：栅结空间电荷区完全扩展进沟道，以至于导电沟道完全被耗尽自由载流子的耗尽区所充满的现象。沟道夹断首先发生在漏端（x＝L处）（夹断点）。随着栅偏压或漏电压的增加夹断点向源端移动。
夹断电压：形成沟道夹断时的外加电压（ ）。
内夹断电压：沟道夹断时的总电压（ ）。
漏极导纳：漏极电流对漏极电压的变化率，它反映了JFET的输出特性。
跨导：漏极电流对栅极电压的变化率，它反映了JFET的转移特性
栅极总电容：在栅PN结在反偏压下的结电容
在 ，并处于夹断条件时，栅电容为
截止频率：JFET不能再放大输入信号（当通过输入电容的电流与输出的漏极电流相等时，达到增益为1）时的最高频率。
沟道长度调制效应：夹断条件规定为两个空间电荷区在沟道中心相遇。当漏极电压进一步增加时，沟道中更多的自由载流子耗尽。结果是耗尽区的长度增加，电中性的沟道长度减小。这种现象称为沟道长度调制效应。在沟道中心，外加漏极电压这时由耗尽区和电中性区分摊，由电中性的沟道区承受电压 ，并由耗尽的沟道区承受电压
由于被减短的电中性沟道长度承受着同样的 ，因而，对于夹断后的任何漏极电压，都会使漏极电流略有增加。由于这个原因，夹断后的漏极电流不是饱和的，且漏极电阻为有限。
画出结构示意图，简述JFET得工作原理（图5.1a、b两图任画一个即可）：
答：采用标准的平面外延工艺制成的理想 示于图5-1a中。下边的重掺杂 层为衬底。在 衬底上外延生长轻掺杂的N型层。上边的重掺杂 层是通过向N型外延层中扩散硼形成的。器件的有源区为夹在两个 层之间的N型层。有源层也称为导电沟道。上下两个 区不是被内连接就是被外连接以形成栅极端。连接在沟道两端的欧姆接触分别称为漏极端和源极端，通过它们流过沟道电流。源极发射载流子，漏端收集载流子。
另外，还可以采用双扩散技术制造JFET，该技术通过扩散形成沟道和上栅，如绘于图5-1（b）中的情形。
由于沟道掺入的是施主杂质，沟道电流由电子传输，所以这里表示的结构称为N沟道JFET。倘若沟道是受主原子掺杂而栅区为 型，则沟道电流是由空穴传输的。此种器件称为P沟道JFET。由于电子的迁移率比空穴的高，N沟道器件能提供更高的电导和更高的速度，它在大多数应用中处于优先地位。
在正常工作条件下，反向偏压加于P-N栅结的两侧，使得空间电荷区向沟道内部扩展，并使耗尽层中的载流子耗尽。结果是，沟道的截面积被减小，因而沟道电阻增加。这样，源和漏之间流过的电流就受到栅电压的调制。这就是JFET的基本工作原理。
源极
上栅极
漏极
Z
源极
漏极
栅极
Z
下栅极
（a）
（b）
图5-1 由两种工艺制成的沟道JFET
（a）外延—扩散工艺 （b）双扩散工艺
与JFET相比MESFET有哪些特点？
答：（1）MESFET工艺简单。M－S工艺允许把沟道长度做得更短，使得结电容更小，有利于提高器件的开关速度和工作频率；（2）MESFET多用砷化镓材料制做，砷化镓的电子迁移率大约是硅的六倍，因此可以制造出高频、高速器件。
什么是增强型和耗尽型JFET？
答：耗尽型指JFET在栅偏压为零时就存在导电沟道，而欲使沟道夹断，必须给P-N结施加反向偏压，使沟道内载流子耗尽。增强型JFET同增强型MESFET一样，在栅偏压为零时，沟道是夹断的，只有外加正偏压时，才能开始导电。考虑到P沟和N沟两类导电沟道，则总共可有四种类型的JFET和MESFET，即N沟增强型，N沟耗尽型，P沟增强型和P沟耗尽型。
二 重要推导
1.导出夹断电压的表达式
解：根据 〔公式（2.23）〕，JFET加栅、
漏电压之后， 〔公式（5.1）〕。在夹
断点，空间电荷区的宽度正好等于沟道的宽度，在上式中令以及 ，可求得夹断电压：
式中 为达到夹断条件的外加电压，即夹断电压。 为夹断电压与自建电势差的总和，常称为内夹断电压。可以看出，夹断电压仅由器件的材料参数和结构参数决定。
2．画出简化等效电路图，导出JFET的截止频率
解：简化等效电路图如下。根据简化等效电路和截止频率 的定义，输入电流为
输出电流为
使（1）式和（2）式相等，得到截止频率为
〔公式（5.26）〕
（1）
（2）
图5-8 简化的小讯号等效电路
三 重要图表
图5.1、5.9、5.12。
四 重要习题
5-2 试推导N沟道JEFT的电流与电压、关系。它的截止面为2a×2a，为 所包围，器件长度为L。
解：
2a
2a
5-3． 推导结型场效应四级管的电流-电压关系，在该四极管中，两个栅极是分开的。两个栅上的外加电压为 和 。假设为单边突变结。
解：（画出结构示意图）假设在电中性沟道中，电子分布是均匀的，电子的浓度梯度为零，因此，漏极电流中便只有电子漂移电流的成分，漏极电流为
式中 表示漏极电流。 为电流流过的截面积 ，负号表示电流沿 方向。
其中
（1）
（2）
（3）
把（2）、（3）式代入（1）式求积分，积分限由从 到 和0到 的相应电压确定，得到
（4）式即为所求。
5.6、下图为结型场效应晶体管的低频小信号等效电路图，其中RS为源极电阻。证明：由于RS的存在，晶体管的跨导变成
（4）
式中
为忽略RS时的跨导。
G
+
+
S
_
_
S
Rs
D
IDS
解：有RS存在时，由 回路可知

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