JFET管原理
发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:789
mos管仅仅是场效应管中的一种。另一种就是结型场效应管或jfet。这种器件把包围反向结的耗尽区作为gate dielectric。图1.27a是n-channel jfet的截面图。这种器件里有一块称作body的轻掺杂n-型硅,在这块硅里有两个相对的p型扩散区。两个结之间的薄的n型硅就是jfet的channel。两个扩散区就是gate和backgate,body的相对的两个端就是source和drain。
图1.27 n-channel jfet晶体管工作在线性区(a)和在饱和区(b)的截面图。图中,s=source,d=drain,g=gate,bg=backgate。
假设n-channel jfet的4个引线端都接地。gate-body结和backgate-body结周围会形成耗尽区。这些耗尽区会扩展到轻掺杂的channel,但他们之间不会互相接触。因此从drain到source之间存在一个channel。如果drain电压超过source电压,从drain到source就会形成电流流过channel。电流的大小和channel的电阻有关,而电阻又和它的尺寸和掺杂有关。只要drain对source电压还是很小,它就不会明显的使耗尽区越过channel。channel的电阻保持常数,drain对source电压和drain电流成线性关系。在这些条件下,jfet被认为是在线性区。这个区就相对于mos管的线性(或triode)区。由于在vgs=0时,channel就已形成,所以jfet更像耗尽型mosfet管而不是增强型的。
jfet drain端的耗尽区随着drain电压的增加而加宽。channel被对立的耗尽区侵入而越来越窄。最终两个耗尽区互相接触且pinch off channel(图1.27b)。即使channel被pinch off了,还是有drain电流流过晶体管。这个电流起源于source端,由多数载流子(电子)组成。这些载流子顺着channel运动直到遇到pinched-off区。穿过这个区的大的横向电场帮助这些载流子进入neutral drain。
一旦channel pinched off 后,即使drain电压继续上升也没多少作用了。pinched-off区会稍微加宽,但channel的尺寸仍旧保持原样。channel的电阻决定了drain电流的大小,所以它也几乎保持常数。在这些条件下,jfet被认为是处于饱和。
gate和backgate端也会影响流过channel的电流。随着gate-body和backgate-body电压的上升,gate-body和backgate-body结上的反向偏置电压也慢慢上升。包围这些结的耗尽区也加宽,channel被压缩。越来越小的电流能流过压缩后的channel,用来pinch off channel 的drain对source电压也降低了。随着gate和backgate电压继续上升,最终在vds=0时channel就pinch off了。一旦这个情况发生,不管drain对source电压多高都没有电流能流过晶体管,晶体管被认为处于截止区。
图1.28是gate和backgate连接起来的n-channel jfet的i-v特性曲线。每条曲线都有一个不同的gate对source电压vgs。当vgs=0时,drain电流有最大值,随着gate电压的上升,它会下降。当gate电压等于turnoff 电压vt时,导通就完全终止了。turnoff电压相当于mos管的阈值电压。但是由于两种器件的导通原理非常不同,所以他们不能做完全相等的比较。
图1.28 典型的n-jfet晶体管在v
n-jfet的drain 电流曲线由于channel length modulation效应而在饱和区有点稍微向上翘起。这个效应类似于mos管里的发生的那个效应。jfet的pinched-off区随着drain对source电压的上升而变长。pinched-off区的伸长会相应的使channel缩短。channel length modulation效应通常十分微小,因为channel长度远远超过pinched-off区的长度。
jfet的source和drain端可以互相交换而不影响器件的性能。图1.27a中jfet的结构就是对称器件的例子。有时候有些更复杂的jfet结构在source和drain的几何形状上有点区别,他们就是非对称的了。
几乎所有的jfet结构都在缩短gate和backgate端。考虑一下图1.27a中的器件。channel的左边有source,右边有drain,顶上有gate,底部有backgate。图上没有画出channel的前面和后面是什么。多数情况下,channel的这两面被gate-body和backgate-body结延伸出的反向偏置结包围着。这种安排不可避免的缩短了gate和backgate。
图1.29是n-channel和p-channel jfet管的传统电路图符号。gate上的箭头表示了g
mos管仅仅是场效应管中的一种。另一种就是结型场效应管或jfet。这种器件把包围反向结的耗尽区作为gate dielectric。图1.27a是n-channel jfet的截面图。这种器件里有一块称作body的轻掺杂n-型硅,在这块硅里有两个相对的p型扩散区。两个结之间的薄的n型硅就是jfet的channel。两个扩散区就是gate和backgate,body的相对的两个端就是source和drain。
图1.27 n-channel jfet晶体管工作在线性区(a)和在饱和区(b)的截面图。图中,s=source,d=drain,g=gate,bg=backgate。
假设n-channel jfet的4个引线端都接地。gate-body结和backgate-body结周围会形成耗尽区。这些耗尽区会扩展到轻掺杂的channel,但他们之间不会互相接触。因此从drain到source之间存在一个channel。如果drain电压超过source电压,从drain到source就会形成电流流过channel。电流的大小和channel的电阻有关,而电阻又和它的尺寸和掺杂有关。只要drain对source电压还是很小,它就不会明显的使耗尽区越过channel。channel的电阻保持常数,drain对source电压和drain电流成线性关系。在这些条件下,jfet被认为是在线性区。这个区就相对于mos管的线性(或triode)区。由于在vgs=0时,channel就已形成,所以jfet更像耗尽型mosfet管而不是增强型的。
jfet drain端的耗尽区随着drain电压的增加而加宽。channel被对立的耗尽区侵入而越来越窄。最终两个耗尽区互相接触且pinch off channel(图1.27b)。即使channel被pinch off了,还是有drain电流流过晶体管。这个电流起源于source端,由多数载流子(电子)组成。这些载流子顺着channel运动直到遇到pinched-off区。穿过这个区的大的横向电场帮助这些载流子进入neutral drain。
一旦channel pinched off 后,即使drain电压继续上升也没多少作用了。pinched-off区会稍微加宽,但channel的尺寸仍旧保持原样。channel的电阻决定了drain电流的大小,所以它也几乎保持常数。在这些条件下,jfet被认为是处于饱和。
gate和backgate端也会影响流过channel的电流。随着gate-body和backgate-body电压的上升,gate-body和backgate-body结上的反向偏置电压也慢慢上升。包围这些结的耗尽区也加宽,channel被压缩。越来越小的电流能流过压缩后的channel,用来pinch off channel 的drain对source电压也降低了。随着gate和backgate电压继续上升,最终在vds=0时channel就pinch off了。一旦这个情况发生,不管drain对source电压多高都没有电流能流过晶体管,晶体管被认为处于截止区。
图1.28是gate和backgate连接起来的n-channel jfet的i-v特性曲线。每条曲线都有一个不同的gate对source电压vgs。当vgs=0时,drain电流有最大值,随着gate电压的上升,它会下降。当gate电压等于turnoff 电压vt时,导通就完全终止了。turnoff电压相当于mos管的阈值电压。但是由于两种器件的导通原理非常不同,所以他们不能做完全相等的比较。
图1.28 典型的n-jfet晶体管在v
n-jfet的drain 电流曲线由于channel length modulation效应而在饱和区有点稍微向上翘起。这个效应类似于mos管里的发生的那个效应。jfet的pinched-off区随着drain对source电压的上升而变长。pinched-off区的伸长会相应的使channel缩短。channel length modulation效应通常十分微小,因为channel长度远远超过pinched-off区的长度。
jfet的source和drain端可以互相交换而不影响器件的性能。图1.27a中jfet的结构就是对称器件的例子。有时候有些更复杂的jfet结构在source和drain的几何形状上有点区别,他们就是非对称的了。
几乎所有的jfet结构都在缩短gate和backgate端。考虑一下图1.27a中的器件。channel的左边有source,右边有drain,顶上有gate,底部有backgate。图上没有画出channel的前面和后面是什么。多数情况下,channel的这两面被gate-body和backgate-body结延伸出的反向偏置结包围着。这种安排不可避免的缩短了gate和backgate。
图1.29是n-channel和p-channel jfet管的传统电路图符号。gate上的箭头表示了g
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