第三章結(jié)型場效應(yīng)晶體管

第三章結(jié)型場效應(yīng)晶體管微電子專業(yè)核心課程教師：余菲電話ail：yufei198275@mail：yufei198275@mail：yufei198275@第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三第3章結(jié)型場效應(yīng)晶體管教師：余菲

電子郵件：yufei198275@電話2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三討論主題：1.場效應(yīng)晶體管介紹2.JFET工作原理3.JFET的直流特性第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三1.場效應(yīng)晶體管介紹什么是場效應(yīng)管?

場效應(yīng)晶體管【FieldEffectTransistor縮寫(FET)】簡稱場效應(yīng)管.由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件.DS電流電場第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三1965年，按照摩爾老先生在文章中提出，芯片上集成的晶體管數(shù)量大約每18個月就將翻一番。1971年，Intel發(fā)布了第一個微處理器4004。4004采用10微米工藝生產(chǎn)，僅包含2300多個晶體管，時鐘頻率為108KHz。第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三1974年，主頻為2MHz的8位微處理器8080問世，它采用6微米工藝，集成了6000個晶體管。由于它采用了NMOS（N溝道MOS）電路，因此運算速度比8008快10倍，后者采用了PMOS（P溝道MOS）電路。之后，在1978年Intel又陸續(xù)推出了8086處理器，這時工藝已經(jīng)縮減為3微米工藝，含2.9萬個晶體管，頻率有4.77MHz、8MHz和10MHz。到了1983年，Intel首次推出了新型處理器286，它含有13.4萬個晶體管，頻率為6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。隨后1985年，推出了386處理器，含27.5萬個晶體管，頻率為16～33MHz，具備初級多任務(wù)處理能力）等處理器。1989年，Intel發(fā)布了486處理器。這款經(jīng)過4年開發(fā)和3億美金投入的處理器首次突破了100萬個晶體管大關(guān)，主頻也從25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz、66MHz，此時，處理器工藝已經(jīng)全面采用了1微米工藝，并且在芯片內(nèi)集成了125萬個晶體管，這時芯片內(nèi)的晶體管數(shù)量已經(jīng)超過了Intel4004處理器內(nèi)晶體管數(shù)量的五百倍。第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三直到1993年，采用800納米的奔騰（Pentium）的出世，讓CPU全面從微米時代跨入了納米時代。奔騰含有310萬個晶體管，代表型號有Pentium60（60MHz）和Pentium66（66MHz）。此后，Intel又推出了奔騰75MHz～120MHz，制造工藝則提高到500納米，此后CPU發(fā)展直接就跳轉(zhuǎn)至350nm工藝時代。PentiumMMX,Intel于1996年發(fā)明在0.35微米工藝的幫助下，工作頻率突破了200MHz第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三0.35um0.25um0.18um1997-2002（.35&.25&.18時代）第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三0.13um2002年0.045um2008年0.09um第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管的異同：對比雙極和FET:速度,功耗,應(yīng)用,工藝水平,控制方式(電壓/電流).第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三場效應(yīng)管的分類:場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型(MOS)兩大類按溝道材料:結(jié)型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種.按導(dǎo)電方式:耗盡型與增強型,結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型,絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的,也有增強型的。第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三2.基本原理SDG理想對稱結(jié)構(gòu)結(jié)型場效應(yīng)晶體管JFETJ:junctionF:fieldE:effectT:transistorMetalP+-SiN-SiN+-Si第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三SDN溝道JFET正常狀態(tài)下的偏置方式

P+NP+G第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三IDS/mAVDS/V非飽和區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)VGS=0abcVDSat第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三IDS/mAVGS/VVPIDSS轉(zhuǎn)移特性與輸出特性密切相關(guān)N管：VP<0P管：VP>0當(dāng)VGS=VP溝道被夾斷0.7第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三VGS=0VDS很小SD

P+NP+G第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三S

P+NP+GPVGS=0VDS=VDSatD第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三VGS=0VDS>VDSatSD

P+NP+GP第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三3.直流特性1.PN節(jié)空間電荷區(qū)寬度和電壓關(guān)系2.開始導(dǎo)通和飽和的原理定義夾斷電壓:在源漏電壓為0時,使溝道完全閉合的電壓第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三導(dǎo)通柵源閾值電壓:飽和漏源電壓:第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三飽和區(qū)工作條件:第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三非飽和區(qū)工作條件:第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三非飽和區(qū)電流公式：其中是兩個冶金結(jié)間形成溝道之電導(dǎo)VD是結(jié)接觸電勢差第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三飽和電流公式：其中是最大飽和漏極電流是本征夾斷電壓，漏源電壓為零時柵結(jié)耗盡層穿通整個溝道所需的柵源電位差第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三最大飽和電流：第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三跨導(dǎo)定義：非飽和區(qū)跨導(dǎo)：飽和區(qū)跨導(dǎo)：最大飽和區(qū)跨導(dǎo)：第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三最小溝道電阻Rmin第29頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三從輸出特性看幾個參數(shù)IDS/mAVDS/V非飽和區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)VGS=0abcVDSat=

7vVGS=-1VGS=-2