第三章结型场效应晶体管

第三章结型场效应晶体管微电子专业核心课程教师：余菲电话ail：yufei198275@mail：yufei198275@mail：yufei198275@第一页，共三十一页，编辑于2023年，星期四第3章结型场效应晶体管教师：余菲

电子邮件：yufei198275@电话二页，共三十一页，编辑于2023年，星期四讨论主题：1.场效应晶体管介绍2.JFET工作原理3.JFET的直流特性第三页，共三十一页，编辑于2023年，星期四1.场效应晶体管介绍什么是场效应管?

场效应晶体管【FieldEffectTransistor缩写(FET)】简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.DS电流电场第四页，共三十一页，编辑于2023年，星期四1965年，按照摩尔老先生在文章中提出，芯片上集成的晶体管数量大约每18个月就将翻一番。1971年，Intel发布了第一个微处理器4004。4004采用10微米工艺生产，仅包含2300多个晶体管，时钟频率为108KHz。第五页，共三十一页，编辑于2023年，星期四1974年，主频为2MHz的8位微处理器8080问世，它采用6微米工艺，集成了6000个晶体管。由于它采用了NMOS（N沟道MOS）电路，因此运算速度比8008快10倍，后者采用了PMOS（P沟道MOS）电路。之后，在1978年Intel又陆续推出了8086处理器，这时工艺已经缩减为3微米工艺，含2.9万个晶体管，频率有4.77MHz、8MHz和10MHz。到了1983年，Intel首次推出了新型处理器286，它含有13.4万个晶体管，频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。随后1985年，推出了386处理器，含27.5万个晶体管，频率为16～33MHz，具备初级多任务处理能力）等处理器。1989年，Intel发布了486处理器。这款经过4年开发和3亿美金投入的处理器首次突破了100万个晶体管大关，主频也从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz、66MHz，此时，处理器工艺已经全面采用了1微米工艺，并且在芯片内集成了125万个晶体管，这时芯片内的晶体管数量已经超过了Intel4004处理器内晶体管数量的五百倍。第六页，共三十一页，编辑于2023年，星期四直到1993年，采用800纳米的奔腾（Pentium）的出世，让CPU全面从微米时代跨入了纳米时代。奔腾含有310万个晶体管，代表型号有Pentium60（60MHz）和Pentium66（66MHz）。此后，Intel又推出了奔腾75MHz～120MHz，制造工艺则提高到500纳米，此后CPU发展直接就跳转至350nm工艺时代。PentiumMMX,Intel于1996年发明在0.35微米工艺的帮助下，工作频率突破了200MHz第七页，共三十一页，编辑于2023年，星期四0.35um0.25um0.18um1997-2002（.35&.25&.18时代）第八页，共三十一页，编辑于2023年，星期四0.13um2002年0.045um2008年0.09um第九页，共三十一页，编辑于2023年，星期四第十页，共三十一页，编辑于2023年，星期四双极型晶体管和场效应晶体管的异同：对比双极和FET:速度,功耗,应用,工艺水平,控制方式(电压/电流).第十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期四场效应管的分类:场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种.按导电方式:耗尽型与增强型,结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。第十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期四第十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期四2.基本原理SDG理想对称结构结型场效应晶体管JFETJ:junctionF:fieldE:effectT:transistorMetalP+-SiN-SiN+-Si第十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期四SDN沟道JFET正常状态下的偏置方式

P+NP+G第十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期四IDS/mAVDS/V非饱和区饱和区击穿区VGS=0abcVDSat第十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期四IDS/mAVGS/VVPIDSS转移特性与输出特性密切相关N管：VP<0P管：VP>0当VGS=VP沟道被夹断0.7第十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期四VGS=0VDS很小SD

P+NP+G第十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期四S

P+NP+GPVGS=0VDS=VDSatD第十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期四VGS=0VDS>VDSatSD

P+NP+GP第二十页，共三十一页，编辑于2023年，星期四3.直流特性1.PN节空间电荷区宽度和电压关系2.开始导通和饱和的原理定义夹断电压:在源漏电压为0时,使沟道完全闭合的电压第二十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期四导通栅源阈值电压:饱和漏源电压:第二十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期四饱和区工作条件:第二十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期四非饱和区工作条件:第二十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期四非饱和区电流公式：其中是两个冶金结间形成沟道之电导VD是结接触电势差第二十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期四饱和电流公式：其中是最大饱和漏极电流是本征夹断电压，漏源电压为零时栅结耗尽层穿通整个沟道所需的栅源电位差第二十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期四最大饱和电流：第二十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期四跨导定义：非饱和区跨导：饱和区跨导：最大饱和区跨导：第二十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期四最小沟道电阻Rmin第二十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期四从输出特性看几个参数IDS/mAVDS/V非饱和区饱和区击穿区VGS=0abcVDSat=

7vVGS=-1VGS=-2V