晶体管5.2

HEMT⾼电⼦迁移率晶体管第五章⾼电⼦迁移率晶体管5.1 HEMT的基本结构和⼯作原理5.2 HEMT基本特性5.3 赝⾼电⼦迁移率晶体管5.1 HEMT的基本结构和⼯作原理⾼电⼦迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor ，HEMT），也称为2－DEG场效应晶体管；因⽤的是调制掺杂的材料，所以⼜称为调制掺杂场效应管。

1978年R.Dingle ⾸次在MBE（分⼦束外延）⽣长的调制掺杂GaAs/AlGaAs超晶格中观察到了相当⾼的电⼦迁移率。

1980年⽇本富⼠通公司的三村研制出了HEMT，上世纪80年代HEMT成功的应⽤于微波低噪声放⼤，并在⾼速数字IC⽅⾯取得了明显得进展。

传讯速度的关键在于电⼦移动速率快慢，HEMT中的电⼦迁移率很⾼，因此器件的跨导⼤、截⽌频率⾼、噪声低、开关速度快。

2作为低噪声应⽤的HEMT已经历了三代变化，低噪声性能⼀代⽐⼀代优异：第⼀代：AlGaAs/GaAs HEMT，12GHz下，NF为0.3dB，增益为16.7dB。

第⼆代：AlGaAs/InGaAs/GaAs HEMT (PHEMT赝⾼电⼦迁移率晶体管)，40GHz下，NF为1.1dB；60GHz下，NF为1.6dB；94GHz下，NF为2.1dB。

第三代：InP基HEMT，40GHz下，NF为0.55dB；60GHz下，NF为0.8dB；95GHz下，NF为1.3dB。

AlGaAs/GaAs HEMT的基本结构制作⼯序：在半绝缘GaAs衬底上⽣长GaAs缓冲层（约0.5µm）→⾼纯GaAs层（约60nm）→n型AlGaAs层（约60nm）→n型GaAs层（厚约50nm）→台⾯腐蚀隔离有源区→制作Au/Ge合⾦的源、漏欧姆接触电极→⼲法选择腐蚀去除栅极位置n型GaAs层→淀积Ti/Pt/Au栅电极。

图5-1 GaAs HEMT基本结构HEMT是通过栅极下⾯的肖特基势垒来控制GaAs/AlGaAs异质结中的2－DEG的浓度实现控制电流的。

晶体管参数大全晶体管是一种能够对电流进行控制的电子器件，广泛应用于电子电路中。

根据其工作原理的不同，可以分为三极管和场效应管两种类型。

一、三极管参数1.最大允许电压（VCEO）：三极管的集电极-发射极间最大允许电压。

在正常工作中，电压不得超过该值，否则可能会损坏器件。

2.最大允许集电极电流（IC）：三极管的集电极电流的最大值。

在正常工作中，电流不得超过该值，否则可能会损坏器件。

3.最大功耗（Pd）：三极管透过的功率最大值。

在正常工作中，功率不得超过该值，否则可能会导致器件过热。

4.直流电流倍数（hFE）：表示三极管输入电流和输出电流之间的比例关系。

它决定了三极管的放大能力，一般越大越好，常见的值为几十到几百。

5. 饱和压降（VCEsat）：当三极管处于饱和区时，集电极与发射极之间的电压降。

6. 输入电阻（Rin）：三极管的输入电阻，表示输入信号导致的输入电压变化与输入电流变化之间的比例关系。

一般来说，输入电阻越大，对输入信号的影响越小。

7. 输出电阻（Rout）：三极管的输出电阻，表示输出电压变化与输出电流变化之间的比例关系。

一般来说，输出电阻越小，输出信号的失真越小。

8.动态电阻（rπ）：三极管的动态电阻，与输入电阻类似，表示输入信号导致的输入电压变化与输入电流变化之间的比例关系。

一般来说，动态电阻越小，对输入信号的影响越小。

9.最小输入电流（IB）：三极管正常工作所需要的最小基极电流。

二、场效应管参数1.最大允许栅源电压（VGS）：场效应管的栅源电压的最大值。

在正常工作中，电压不得超过该值，否则可能会损坏器件。

2.最大允许漏极电流（ID）：场效应管的漏极电流的最大值。

在正常工作中，电流不得超过该值，否则可能会损坏器件。

3.最大功耗（Pd）：场效应管透过的功率最大值。

在正常工作中，功率不得超过该值，否则可能会导致器件过热。

4. 转导（gm）：表示输入电压变化时输出电流变化的比例关系。

转导越大，场效应管的放大能力越强。

在着某些交迭，故客观上存 在着Cgs和Cgd。当然，引出
图 5.3
线之间还有杂散电容20，21可/5/19
19
MOS电容的计算
Cg、Cd的值还与所加的电压有关:
1〕假设Vgs<VT，沟道未建立，MOS管漏源沟道 不通。
MOS电容 C = Cox，但C 对Cd无奉献。
Cg = Cgs + Cox
Cd = Cdb
1 2
Vds
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MOS的伏安特性—漏极饱和电流
当Vgs-VT=Vds时，满足: dIds 0
dVds
Ids达到最大值Idsmax，
其值为
Ids m 1 2 ato x ox xW LV g sV T2
Vgs-VT=Vds， 意 味 着 近 漏 端 的 栅 极 有 效 控 制 电 压 Vge=Vgs-VT-Vds=Vgs-Vds-VT = Vgd-VT =0
MOS电容凹谷特性测量
假设测量电容采用高频方法，譬如，扫频方法， 电压变化很快。共价键就来不及瓦解，反型层就 无法及时形成，于是，电容曲线就回到Cox值。
然而，在大局部场合，MOS电容与n+区接在一 起，有大量的电子来源，反型层可以很快形成， 故不管测量频率多高，电压变化多快，电容曲线 都呈凹谷形。
µ n = 650 cm2/(V.s) 电子迁移率(nMOS) µ p = 240 cm2/(V.s) 空穴迁移率(pMOS)
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MOSFET的伏安特性—方程推导
非饱和情况下，通过MOS管漏源间的电流Ids为：
I ds
Q
CVge L2
Vds
oxWL
tox
L2

晶体管由截止区转换到饱和区，或由饱和区转换到截 止区，可以通过加在其输入端的外界信号来实现，因此转 换速度极快，可达每秒几十万次到几百万次，甚至更高。
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半导体器件物理
第五章 晶体管的开关特性
5.1 二极管的开关作用和反向恢复时间
利用二极管正、反向电流相差悬殊这一特 性，可以把二极管作开关使用。当开关K打向 A时，二极管处于正向，电流很大，相当于接 有负载的外回路与电源相连的开关闭合，回路 处于接通状态（开态）；若把K打向B，二极 管处于反向，反向电流很小，相当于外回路的 开关断开，回路处于断开状态（关态）。
练习
P106 1，4，5
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第五章 晶体管的开关特性
开关晶体管的工作状态
晶体管的工作状态完全由直流偏置情况决定。从共射输出
特性曲线上可以看出，随着偏置电压的不同，晶体管的工作区域 可以分为饱和区、放大区和截止区三个区域。
此外，当晶体管的发射极和集电极相互交换，晶体管处于倒 向运用状态时，也应该同样存在上述三个区域。
随着势垒区边界上的空穴和电子密度的增 加，P-N结上的电压逐步上升，在稳态即为VJ。 此时，二极管就工作在导通状态。
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第五章 晶体管的开关特性
当某一时刻在外电路上加的正脉冲跳变为负脉冲， 此时，正向时积累在各区的大量少子要被反向偏置电压 拉回到原来的区域，开始时的瞬间，流过P-N结的反向 电流很大，经过一段时间后，原本积累的载流子一部分 通过复合，一部分被拉回原来的区域，反向电流才恢复 到正常情况下的反向漏电流值IR。正向导通时少数载流 子积累的现象称为电荷储存效应。二极管的反向恢复过 程就是由于电荷储存所引起的。反向电流保持不变的这 段时间就称为储存时间ts。在ts之后，P-N结上的电流到 达反向饱和电流IR，P-N结达到平衡。定义流过P-N结 的反向电流由I2下降到0.1 I2时所需的时间为下降时间tf。 储存时间和下降时间之和（ts+tf）称为P-N结的关断时 间（反向恢复时间）。