模擬電路網絡課件 第十八節(jié):砷化鎵金屬-半導體場效應管

4.2 砷化鎵金屬-半導體場效應管

砷化鎵（GaAs）是由化學元素周期表中Ⅲ族元素鎵和Ⅴ族元素砷二者組成的單晶化合物，因此，它又叫做Ⅲ-Ⅴ化合物，是一種新型半導體材料。它的特性與周期表中Ⅳ族元素硅類似，但重要的差別之一是，GaAs的電子遷移率比硅約大5~10倍。用GaAs制造有源器件時，具有比硅器件快得多的轉換速度（例如在截止、飽和導通間變化）。高速砷化鎵三極管正被用于微波電路、高頻放大和高速數(shù)字邏輯電路中。

由砷化鎵制造的場效應管叫做金屬-半導體場效應管（MES-FET），它具有速度高等優(yōu)點，應用廣泛。

b????????????????????????????????????? a

N溝道MESFET的物理結構和電路符號分別如圖1(a)、(b)所示①。圖(a)表明，在GaAs襯底上面形成N溝道，然后在N溝道兩端利用光刻、擴散等工藝摻雜成高濃度N+區(qū)，分別組成漏極d和源極s。當MESFET的柵區(qū)金屬（例如鋁）與N溝道表面接觸時，將在金屬-半導體接觸處形成肖特基勢壘區(qū)，它和硅JFET中柵極、溝道間的PN結相似。MESFET的肖特基勢壘區(qū)也要求外加反偏電壓，vGS愈負，肖特基勢壘區(qū)愈寬，N溝道的有效截面積愈小，溝道電阻越大，因此，漏極電流iD將隨vGS變化。MESFET的輸出特性與硅JFET相似，屬于耗盡型器件，有一夾斷電壓Vp。

由于砷化鎵的電導率很低，用作襯底時對相鄰器件能起良好的隔離作用。為了減少管子的開關時間，通常MESFET的導電溝道做得短，這樣，由于vDS產生的溝道長度調制效應就變得明顯，即使在恒流區(qū)，iD也隨vDS而變，這是與硅JFET不同之處。具體地說，MESFET遵循下列等式關系：

截止區(qū)（ ）

??????

可變電阻區(qū)（vDS

??????

恒流區(qū)（vDS≥vGS–VP）

??????

其中常數(shù)l叫做溝道長度調制參數(shù)，通常在（0.05 ~ 0.2）V–1范圍，N溝道MESFET器件VP的典型值是（–0.5 ~ –2.5）V。常數(shù)K的單位為mA/V2。