MOSFET中的两种JFET效应文档格式.docx

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XieMeng-xian.（电子科大，成都市）

MOSFET和JFET是两种不同结构型式的场效应晶体管。

但是，在一定条件下，在MOSFET中也包含有JFET的功能，并且这种JFET的作用将对MOSFET的性能有较大的影响，这就是所谓JFET效应。

（1）JFET的基本性质：

JFET的结构特点是：

栅极是p-n结，并分为上、下两个栅极，即正面的栅极（正栅）和背面的栅极（背栅）；

沟道在体内，排除了表面的不良影响。

JFET通常是耗尽型的（D-JFET）,即在栅-源电压为0时，沟道是导通的。

JFET的栅-源电压和源-漏电压的基本作用以及器件的基本特性，都类似于一般的场效应晶体管。

栅-源电压的作用：

加在栅P-n结上的电压是反向电压；

当栅-源电压增大时，P-n结的耗尽层厚度展宽，所引起的效果有二：

一是耗尽层中的空间电荷数量增加，二是沟道宽度变窄。

耗尽型JFET的阈值电压也就是使沟道完全消失（器件截止）所需要加的反向栅-源电压（在源-漏电压为0时）。

源-漏电压的作用：

在源-漏电压较低时，沟道未夹断，JFET处于线性工作状态，则源-漏电流随着源-漏电压而近似线性地增大；

这时JFET的输出直流电阻和输出交流电阻近似相等，并且都比较小。

在源-漏电压较高（Vds^Vt-Vgs）时，沟道即夹断，JFET处于电流饱和工作状态，则源-漏电流基本上与源-漏电压无关；

这时JFET的输出交流电阻近似为无穷大（但当存在沟长调制效应时则否），而输出直流电阻将随着源-漏电压的增大而增大（因为沟道宽度随着源-

漏电压的增大而变窄的缘故），特别是在输出电流较小时，输出直流电阻的增大更加显著，如图1所示。

（2）MOSFET中的JFET效应：

对于MOSFET,在一定的使用条件下或者在一定的结构中，就存在着JFET效应。

在MOSFET中的JFET效应主要有两种：

①背栅控制作用——衬偏效应：

对于MOS-IC或者某些MOSFET,为了使MOSFET的场感应p-n结在工作中不会因衬底或者源极电位的变化而产生正偏的现象，往往就需要在源极-衬底之间加上一个较高的反向偏压衬偏电压。

因为衬偏电压的作用，实际上就相当于是一个JFET的功能——沟道-衬底的场感应p-n结作为栅极（背栅）控制着输出源-漏电流的大小。

所以，对于加有衬偏电压的MOSFET,从工作本质上来说，可看成是由一个MOSFET和一个JFET并联而成的器件，这就是说，加上衬偏电压也就相当于引入了一个额外的JFETo因此，这时在MOSFET中即存在着JFET的作用——JFET效应，或者称为衬偏效应（衬偏调制效应），又称为MOSFET的体效应。

MOSFET中的这种JFET效应有多种不同的表现（详见“一”一文），将对MOSFET的性能产生许多不良的影响。

在MOSFET的模拟应用中需要特别注意防止或者减弱这种JFET效应。

②寄生电阻效应：

对于垂直导电的MOSFET（VDMOSFET）,即使没有加上衬偏电压，其中也存在着明显的JFET效应。

图2示出了VDMOSFET的一个单元，可以见到，当晶体管导通时，在它的电流通路上就存在着几个电阻，即它的导通电阻包含有几个分量：

源扩散区电阻（Rs）、沟道区电阻（Rch）、表面积累层电阻（Ra）、寄生JFET电阻（Rj）和漂移区电阻（Rd）o其中的电阻Rj就反映了VDMOSFET中寄生JFET的影响——JFET效应。

在器件元胞间距较大时，往往Rd的数值较大,则相对来说Rj对器件导通电阻的贡献较小。

但是，对于高压、小电流的器件而言，因为寄生JFET的输出直流电阻较大，则JFET效应就比较显著，并因而增大了器件的导通电阻，限制了器件的功率容量。

为了消除这种寄生JFET的影响，就需要改变MOSFET的结构，去掉其中的寄生JFET。

例如，上世纪九十年代研制成功的TrenchMOSFET,就是一种不存在寄生JFET的功率MOSFET的结构；

这是在半导体表面挖出沟槽，使得沟槽的深度达到漂移区，导电沟道是沟槽的侧面，如图3所示。

TrenchMOSFET因为去掉了寄生JFET而具有较小的导通电阻，则也就间接地增大了源-漏电流，同时还获得了另外的许多优点，但是这种晶体管也存在着一些缺点：

耐压较低（因为沟槽拐角处的电场非常集中），并且制作工艺的控制难度也要大一些。

图3