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JFET , MOSFET , MESFET , CMOS 器件的比较与发展趋势姓名:邓旭光学号: S201002040 摘要:JFET ,MOSFET ,MESFET ,CMOS 是传统的半导体器件,是靠多数载流子传导电流的器件。因此具备较好的高频特性,功率特性,抗辐射能力强。由于其硅基工艺而在集成电路制造中广泛使用。集成电路集成度的提高和国防,工业, 通讯行业的进步对传统的 FET 又提出了更高的要求。随着集成电路制作工艺的进步以及第三代半导体材料的使用,这几种器件又有了新的发展。本文首先对比了 JFET ,MOSFET ,MESFET ,CMOS 等器件在工作原理,工作特性,影响因素等几个方面的异同,接着论述了这几种器件在新型材料,新器件和制作工艺等研究领域的进展,介绍国内外的相关进展。关键词: JFET,MOSFET,MESFET,CMOS, 频率特性,新型器件正文: 1930 年, Lilienfeld 和Heil 首先提出了场效应晶体管的概念。直至 50年代, 半导体材料工艺技术发展到一定水平后, Dacey 和Ross 才制作出第一个可以工作的器件。 60年代初,场效应晶体管开始逐渐替代双极型晶体管。[1] FET 器件在电子学领域占据重要的地位。FET 和由其构成的集成电路可以有不同的设计方法,并且可以在多种不同性质的半导体材料上实现。目前,常用的 FET 器件有 JFET ,MOSFET ,MESFET ,CMOS 等。下面对这几种器件的特性和目前的发展趋势进行陈述。 FET 器件均是电压控制电流的器件。利用输入回路的电压控制输出回路的电流。 FET 器件都是依赖多数载流子工作的器件。因此具备较好的高频特性,功率特性,抗辐射能力强。由于其硅基工艺而在集成电路制造中广泛使用。一、基本工作原理的比较 1JFET(Junction Field Effect Transistor) JFET 称为结型场效应管。Dacey 和Ross 率先报导了第一个能实际工作的 JFET 。按其导电类型可分为 N型和 P型。工作原理:以 N型为例分析。 N型JFET ,栅极 g和源极 s之间加电压 V GS(<0) ,这时耗尽层会增宽。再在漏极 d和源极 s加电压 V DS(>0) ,就会在漏极和源极之间建立导电沟道,形成电流。由于漏极和栅极之间的电压 V DG大于 V SG,漏极处的耗尽层宽度较宽,V DS较大时会出现导电沟道夹断。这时,在V DS保持一定的前提下,电流就主要由栅源电压 V GS 控制。其转移特性和外加偏压下的沟道区如图 1图2 所示。图1 JFET 的转移特性曲线[1]图2 JFET 的沟道区 P型的原理 N型相同,只是电压极性相反。 2MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) MOSFET 是金属-氧化物-半导体场效应管的英文缩写。除此以外,也常采用其他缩写词代表这种器件,例如 IGFET( 绝缘栅晶体管),MISFET( 金属绝缘体半导体场效应晶体管)和MOST( 金属-氧化物-半导体晶体管)。MOSFET 根据转移特性曲线可以分为增强型和耗尽型。按参与导电的载流子又可分为 N型和 P型。工作原理:以 N型增强型为例。 MOSFET 的工作以半导体的表面电场效应为基础。如图 3所示。图3 MOSFET 的剖面图在栅极 g和源极 s之间加电压 V GS(源极一般与衬底相连)时,在栅极和衬底材料之间会出现一层耗尽层,进而当电压增大时,会形成以电子为主的反型层,它会沟通源极 s和衬底 B的PN结与漏极 d与衬底 B的pn结,若在漏极 d与源极 s的电压 V DS 就会形成电流,当V GS增大到一定程度,会导电沟道出现预夹断。这时,电流就由栅极 g和源极 s之间的电压 V GS决定。 P型的原理 N型相同,只是电压极性相反。耗尽型的原理大致与增强型相同,只是在绝缘层中预埋了离子。它们在栅上的电压值为零时(V GS=0) ,在衬底上表面就已经形成了导电沟道,在V DS的作用下就能形成漏源电流。其工作特性与结型场效应管类似。 3CMOS( Complementary Metal Oxide Semiconductor )称为互补金属氧化物半导体。基本原理与 MOS 管相同,只是要求在同一衬底上制造出 n沟和 p沟晶体管。以CMOS 为基本单元的 CMOS 集成电路具有功耗低、抗干扰能力强和速度快的优点, 在一般逻辑电路、大规模存储器以及微处理器等领域得到了广泛的应用。 4MESFET( Metal Semiconductor Field-Effect Transistor )是金属-半导体场效应晶体管的简称。这类器件的工作原理与结型场效应管相同。不