模拟电路网络课件 第十八节:砷化镓金属-半导体场效应管

4.2 砷化镓金属-半导体场效应管

砷化镓（GaAs）是由化学元素周期表中Ⅲ族元素镓和Ⅴ族元素砷二者组成的单晶化合物，因此，它又叫做Ⅲ-Ⅴ化合物，是一种新型半导体材料。它的特性与周期表中Ⅳ族元素硅类似，但重要的差别之一是，GaAs的电子迁移率比硅约大5~10倍。用GaAs制造有源器件时，具有比硅器件快得多的转换速度（例如在截止、饱和导通间变化）。高速砷化镓三极管正被用于微波电路、高频放大和高速数字逻辑电路中。

由砷化镓制造的场效应管叫做金属-半导体场效应管（MES-FET），它具有速度高等优点，应用广泛。

b                                      a

N沟道MESFET的物理结构和电路符号分别如图1(a)、(b)所示①。图(a)表明，在GaAs衬底上面形成N沟道，然后在N沟道两端利用光刻、扩散等工艺掺杂成高浓度N+区，分别组成漏极d和源极s。当MESFET的栅区金属（例如铝）与N沟道表面接触时，将在金属-半导体接触处形成肖特基势垒区，它和硅JFET中栅极、沟道间的PN结相似。MESFET的肖特基势垒区也要求外加反偏电压，vGS愈负，肖特基势垒区愈宽，N沟道的有效截面积愈小，沟道电阻越大，因此，漏极电流iD将随vGS变化。MESFET的输出特性与硅JFET相似，属于耗尽型器件，有一夹断电压Vp。

由于砷化镓的电导率很低，用作衬底时对相邻器件能起良好的隔离作用。为了减少管子的开关时间，通常MESFET的导电沟道做得短，这样，由于vDS产生的沟道长度调制效应就变得明显，即使在恒流区，iD也随vDS而变，这是与硅JFET不同之处。具体地说，MESFET遵循下列等式关系：

截止区（ ）

可变电阻区（vDS<vGS–VP）

恒流区（vDS≥vGS–VP）

其中常数l叫做沟道长度调制参数，通常在（0.05 ~ 0.2）V–1范围，N沟道MESFET器件VP的典型值是（–0.5 ~ –2.5）V。常数K的单位为mA/V2。