线性区 饱和区
I
Z L
nCi VG
VT
VD
VDsat VG VT
I
Zn S
2Ld1 d0
d
VG
VT
2
对高速工作状态而言，载流子速度 达到饱和，此时饱和区电流、跨导 和截止频率：
Isat Zvsqns ZvsCi (VG VT )
gm ZvsCi
fT
gm
2C总电容
vs
2 L
CP ZCi
肖特基势垒电流电压特性
在热电子发射情况下，金属半导 体接触的电流电压表示为
J
JS
exp
qV kT
1
JS
A*T 2
exp
qBn
kT
A*称为有 效理查逊 常数
少数载流子电流密度
JP
J
P
0
exp(
qV kT
)
1
J P0
qDp ni 2 LP ND
通常，少数载流子电流比多数载 流子电流少数个数量级。
7.2.3 电流电压特性
电流电压方程式
I
IP
VD VP
2 3
VD
VG VP
Vbi
3/2
2 3
VG Vbi VP
3/2
IP
Zn q 2 N D 2a3 2S L
,VP
qNDa2
2 S
线性区
ID
IP VP
1
VG Vbi VP
1/ 2
VD
gm
I D VG
VD
IP 2VP 2
VP VG Vbi
7.1 金属-半导体接触
7.1.1 基本特性
金属与n型，理想情况，势垒高度为金属 功函数与电子亲和力之差：
qBn qm qx
金属与p型，势垒高度为：
qBp Eg qm qx
➢金属和n半导体接触能带图(Wn>Ws)
（a）接触前 （b）间隙很大 （c）紧密接触 （d）忽略间隙
对已知半导体与任一金属而言， 在n型和p型衬底上势垒高度和恰好 为半导体的禁带宽度公式如下
7.2 金半场效应晶体管
7.2.1 器件结构
MESFET具有三个金属半导体接触，
一个肖特基接触作为栅极以及两个当作源 极与漏极的欧姆接触，主要器件参数包含 栅极长度L，栅极宽度Z以及外延层厚度a， 大部分MESFET是用n型Ⅲ-Ⅴ族化合物半 导体制成。
7.2.2 工作原理
不同偏压下， MESFET耗尽 区宽度变化 与输出特性
沟道电阻
R L L A qn ND A
L
qn NDZ (a W )
饱和电压
VDsat
qNDa2
2 S
Vbi ,VG
0
在此漏极电压时，漏极和源极被夹断，
此时漏极电流称为饱和电流IDsat 。
VDsat
qNDa2
2 S
Vbi
VG
加入VG使得栅极接触被反偏，当VG 增大至一特定值时，耗尽区将触到 半绝缘衬底，此时VD为饱和电压。
q(Bn Bp ) Eg
内建电势：
Vbi Bn Vn
电荷、电场分布 S
qND
0
W
X
➢与单边突变结p+-n结类似
E W
0 X
-Em
相关公式1
E(x)
qND
S
W
x
Em
qND
S
x
Em
qNDW
S
相关公式2
Vbi
V
EmW 2
qNDW 2
2S
W 2S Vbi V
qND
QSC qNDW 2qS ND ( Vbi V )
2
跨导：
gm
Zn S
aL
VG
VT
两 种 模 式 特 性 比 较
7.2.4 高频性能
截止频率：MESFET无法再将输入信号 放大的频率。
fT
gm
2CG
Zvs s /W 2ZL s /W
vs
2L
要增加截止频率必须缩小栅极长度和使 用高速度的半导体。
不同种类半导体中，电子漂移速度与电场关系图
7.3 调制掺杂场效应晶体管
7.1.3 欧姆接触
当一金属半导体的接触电阻相对于半导 体主体或串联电阻可以忽略不计，就叫 做欧姆电阻
欧姆电阻的一个指标为特定接触电阻
RC
J V
1 v0
低掺杂浓度 的金半
RC
k qA*T
exp( qBn )
kT
高掺杂浓 度的金半
RC
~
exp
C2Bn
ND
exp 4
mn S Bn
N D
传统MODFET结构
7.3.1 MODFET的基本原理
M
S
d 0
ND (x)xdx
qN D d12
2 S
公 式
VT
Bn
EC q
VP
增强型MODFET 的能带图
7.3.2 电流-电压特性
MODFET的电流-电压特性可利用类似 MOSFET的渐变沟道近似法来求得。
作业：
P243 1、7、9 比较MOSFET和MESFET两种器件？ 比较PN结二极管和肖特基势垒二极管两种器件？
第7章 MESFET及相关器件
7.1 金属-半导体接触 7.2 金半场效应晶体管（MESFET） 7.3 调制掺杂效应晶体管
本章主题
整流性金半接触及电流电压特性 欧姆性金半接触及特定接触电阻 MESFET及其高频表现 MODFET及二维电子气 MOSFET、MESFET、MODFET比较
相关公式3
C QSC S
V W
1 C2
2(Vbi V )
q S N D
ND
2
q S
1
d
(1
/
C
2
)
/
dV
7.1.2 肖特基势垒
肖特基势垒指一具有大的势垒
高度（也就是，Bn或Bp kT ）
以及掺杂浓度比导带或价带上态密 度低的金属半导体接触，其电流主 要由多数载流子完成。
热电子发射过程的电流输运
VD
饱和区
I Dsat
I
P
1 3
VG Vbi VP
2 3
VG Vbi VP
3
/
2
VDsat VP VG Vbi
gm
ZnqNDa
L
1
VG Vbi VP
击穿区
击穿电压： VB=VD+|VG|
MESFET增强型模式
阈值电压：VT Vbi VP
I Dsat
Zn S
2aL
VG VT