北工大复试笔试晶体管的课件

结型场效应晶体管又称p-n结场效应晶体管，JFET是它的英文(JuctionFieldEffectTransistor)缩写词。W．Shockley于1952年第一次提出了这种器件。随后G．C．Dacey及I．M．Ross率先报导了第一个能实际工作的JFET。金属--半导体场效应晶体管又称肖特基势垒栅场效应晶体管，通常使用的英文(MEtalSemiconductorFieldEffectTransistor)缩写词为MESFET。C．A．Mead首次报导了这种器件，W．W．Hooper和W．I．Lehrer随后将其制造出来并予以公布。JFET以Si为主，MESFET以GaAs为主。图5-1JFET的结构示意图n型单晶体硅片上下两侧各有一高掺杂的P+区，形成上下两个p+-n结，一般称之为栅p-n结或栅结；n区两端各做一欧姆接触，从其上引出的电极称为源极(S)和漏极(D)；上下两P+区表面也做上欧姆接触，引出的电极称为栅极(G)。大多数JFET在芯片上已将上下栅连在一起，实际上只有三个对外引出端。

在共源极工作（源极接地）时，n沟JFET的漏极接正电压，栅极接负电压。整个栅pn结都处于反向工作状态，因而栅极到源极以及栅极到漏极之间只有极小电流流通。栅结的空间电荷区扩展至P+区以及N区，位于上下两栅空间电荷区之间，未被耗尽的中性n型区称为沟道。一但在漏极到源极之间加上电压，就将有电流通过沟道，通常用VGS和VDS分别表示栅极到源极之间以及漏极到源极之间的外加电压，ID代表漏极电流，规定从漏极流入器件为正方向。按沟道导电载流子类型的不同，JFET被分为n沟道和P沟道两类。如图5－1所示，n型材料两侧各有一P+栅区，沟道中电子密度远大于空穴密度，有外加VDS时主要是电子导电的器件称作n沟道结型场效应晶体管。P型材料两侧各有一n+栅区，中性沟道中主要是空穴导电的器件则是P沟道JFET。

实际上大多数晶体管的上下栅区是非对称按排的。另外还有一类JFET制作在绝缘衬底上或籍隐埋层与衬底隔开，只在沟道的一侧设置栅区，另一侧与衬底或埋层间不通导电流。如图5-2，5-3所示。图5－2用外延扩散法制造的硅JFET图5－3制作在绝缘衬底或埋层上的JFET

在图5－1所示n沟JFET的漏源两端之间加正电压VDS时，将有电流经过沟道从漏极流向源极。栅结耗尽层厚度是随栅源电压变化的，因此漏极电流的大小随栅源电压的改变而变化。栅p—n结上的外加反偏压数值愈大，耗尽区就变得愈厚，因而使夹在上下两耗尽区之间的沟道截面积减小，沟道电阻增加，导致通过它的电流减小。反之，若减少反偏压数值，则将使耗尽区变薄，沟道变厚，电阻减小，漏电流增大。由此可见，可以藉助JFET的输入电压来控制输出电流，它是一种电压控制型器件。图5-4（a）图5-4（b）

图5－4（a）为n沟JFET的转移特性曲线，即以VDS为参变量的ID随VGS的变化曲线。图5－4（b）则为同一JFET的输出特性曲线，也称漏极特性曲线，是以VGS作为参变量的ID随VDS的变化曲线。

随|VGS|增加ID减小，在较大VGS之下截止。分析表明，漏极电流截止的原因是全沟道夹断，即上下栅空间电荷区连通，沟道消失。使全沟道刚刚开始夹斯的外加栅源电压称为阈电压，通常以符号VT表示。

通常将VGS=0时导电，VT＜0的n沟JFTE称为耗尽型的，或常开型器件。但是也存在另外一类n沟JFET，栅源电压等于零时全沟道夹断，漏极电流截止，只有外加正栅源电压大到一定数值时才开始导电，VT>0。这类器件被称作n沟增强型的或常闭型的。P沟JFET同样也包括增强与耗尽两种。P沟耗尽型JFETVGS=0时沟道导电，ID≠0；加正栅源电压可使全沟道夹断，漏极电流截止，因而VT＞0。P沟增强型则是VGS=0时截止，加负栅源电压可使器件导通，VT＜0。上述四类器件的电学代表符号如图5－5所示。图5－5图5－6n沟MESFET的基本结构示意图MESFET是与JFET结构相似，但是JFET中的栅P—n结却被金属——半导体肖特基势垒取代。栅源电压通过控制肖特基势垒区厚度，从而实现对沟道电阻及漏极电流的调制。

与BJT相比，MESFET和JFET具有以下几个突出的特点(也适于MOSFET)：

1）JFET是多子器件，不出现少数载流于存贮效应，有利于达到较高的截止频率和较快的开关速度。2）JFET是输入电压控制器件，而BJT则是输入电流控制器件，前者的输入近似于一个反偏二极管，后者的输入差不多是一个正偏二极管。3)JFET的输入电阻要比BJT的高得多，其输入端易于与标准微波系统匹配，在应用电路中易于实现级间直接耦合。