模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第十八節(jié):砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管

4.2 砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管

砷化鎵（GaAs）是由化學(xué)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(dǎo)體材料。它的特性與周期表中Ⅳ族元素硅類(lèi)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(shí)，具有比硅器件快得多的轉(zhuǎn)換速度（例如在截止、飽和導(dǎo)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(chǎng)效應(yīng)管叫做金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MES-FET），它具有速度高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。

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N溝道MESFET的物理結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)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(kuò)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(dāng)MESFET的柵區(qū)金屬（例如鋁）與N溝道表面接觸時(shí)，將在金屬-半導(dǎo)體接觸處形成肖特基勢(shì)壘區(qū)，它和硅JFET中柵極、溝道間的PN結(jié)相似。MESFET的肖特基勢(shì)壘區(qū)也要求外加反偏電壓，vGS愈負(fù)，肖特基勢(shì)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(dǎo)率很低，用作襯底時(shí)對(duì)相鄰器件能起良好的隔離作用。為了減少管子的開(kāi)關(guān)時(shí)間，通常MESFET的導(dǎo)電溝道做得短，這樣，由于vDS產(chǎn)生的溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)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(shuō)，MESFET遵循下列等式關(guān)系：

截止區(qū)（ ）

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可變電阻區(qū)（vDS

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恒流區(qū)（vDS≥vGS–VP）

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其中常數(shù)l叫做溝道長(zhǎng)度調(diào)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。