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绪论1

0.1场效应晶体管的发展1

目 录1

0.2场效应晶体管的分类3

0.3场效应晶体管的前景5

第一篇 结型场效应晶体管和金属－半导体场效应晶体管（JFET与MESFET）7

第一章直流电场下半导体中的电子输运7

1.1硅与砷化镓中电子的速度－电场关系7

1.1.1硅中电子的速度－电场关系7

1.1.2砷化镓中电子的速度－电场关系10

1.1.3电子速度过冲11

1.2硅器件中的载流子速度饱和及电偶极层的形成13

1.3.1高场畴的形成14

1.3砷化镓器件中负微分迁移率与高场畴的形成14

1.3.2等面积定则15

1.33维持电场17

参考文献18

第二章 JFET与MESFET的工作原理20

2.1结构与制造方法20

2 1.1双扩散JFET20

2.1.2外延扩散JFET21

2.1.3集成JFET21

2.1.4垂直沟道隐埋栅JFET21

2.1.5 薄层外延GaAs MESFET23

2.2.1肖克莱模型24

2.2工作过程的物理分析24

2.1.6离子注入GaAs MESFET24

2.2.2沟道中载流子速度饱和26

2.2.3沟道中形成高场畴29

2.2.4饱和区工作机理讨论35

参考文献38

第三章JFET与MESFET的直流特性与低频小信号参数40

3.1 肖克莱理论（常数迁移率）40

3.1.1肖克莱理论40

3.1.2非均匀沟道杂质密度分布45

3.1.3四极管特性52

3.2速度饱和情形（迁移率随电场变化）54

3.2.1 μ-E可关系双曲函数近似55

3.2.2v-E关系分段线性近似60

3.3高场畴情形62

3.4各种理论适用范围讨论64

3.4.1缓变沟道近似（GCA）的适用范围64

3.4.2沟道夹断与速度饱和67

3.5小信号漏源电导gd68

3.6漏、源串联电阻的影响74

3.7温度对直流特性的影响76

3.7.1漏极电流的温度特性76

3.7.2栅极电流的温度特性81

3.7.3夹断电压的温度特性82

参考文献82

4.1内部FET的高频小信号参量和等效电路A．集总参量物理等效电路法84

第四章JFET与MESFET的高频性能84

4.1.1高频小信号等效电路85

4.1.2高频小信号y参量86

4.1.3等效电路元件数值的计算公式（饱和区）87

4.2内部FET的高频小信号参量和等效电路B．分布参量传输线模拟法90

4.2.1常数迁移率情形90

4.2.2速度饱和情形98

4.3内部FET的高频小信号参量和等效电路C．解沟道连续方程法100

4.3.1沟道连续方程及其解100

4.3.2小信号y参量102

4.3.3小信号等效电路104

4.4.1外部FET的等效电路106

4.4外部FET的小信号等效电路和小信号参量106

4.4.2外部FET的小信号参量110

4.5 JFET、MESFET的高频增益115

4.5.1有源四端网络的增益公式115

4.5.2 JFET、MESFET的高频增益116

4.6增益－带宽积与最高工作频率限制119

4.6.1增益－带宽积120

4.6.2最高工作频率限制121

参考文献125

第五章JFET与MESFET的噪声性能127

5.1JFET、MESFET中噪声源128

5.1.1热噪声128

5.2 FET噪声性能的表征131

5.1.3产生－复合噪声131

5.1.2散粒噪声131

5.3硅JFET低频噪声性能134

5.4硅JFET中、高频噪声性能137

5.4.1沟道热噪声ind137

5.4.2感应栅噪声ing140

5.4.3噪声系数144

5.5微波GaAs MESFET的噪声性能145

5.5.1增强约翰逊噪声vndl、ingl145

5.5.2强场扩散噪声vnd2、ing2146

5.5.3噪声系数148

5.5.4半经验公式151

5.5.5提高噪声性能的途径153

参考文献154

第六章JFET与MESFET的功率特性156

6.1最大输出功率概述156

6.2最大输出电流IF与膝电压VKF157

6.3漏源击穿电压BVDS159

6.4热阻Rth161

6.5功率JFET、MESFET设计考虑163

6.5.1结构设计考虑163

6.5.2沟道参数设计考虑169

6.5.3最大输出功率与频率的关系169

6.6功率JFET、MFSFET举例170

6.6.1 4GHz 5W GaAs MESFET170

6.6.2硅隐埋栅垂直沟道500MHz 20W JFET171

参考文献173

第二篇 金属－氧化物－半导体场效应晶体管（MOSEET）175

第七章MOSFET的物理基础175

7.1理想MOS系统175

7.1.1半导体表面空间电荷区定性分析175

7.1.2半导体表面空间电荷区定量分析177

7.2实际MOS系统180

7.2.1实际MOS系统中的氧化层与界面电荷181

7.2.2实际MOS系统的平带电压181

7.3 MOS系统的电容－电压（C-V）特性184

7.3.1理想MOS系统的C-V特性184

7.3.2实际MOS系统的C-V特性187

7.4.1 MOSFET的基本工作原理188

7.4 MOSFET的开启电压188

7.4.2衬底均匀掺杂MOSFET的开启电压189

7.4.3离子注入MOSFET的开启电压193

7.5半导体表面迁移率196

7.5.1？n与Eχ的关系197

7.5.2？与Ey的关系199

7.5.3？nmax与NA、Nf的关系200

7.5.4？与？的温度效应201

参考文献201

第八章MOSFET直流特性的一般分析203

8.1 MOSFET基本结构203

8.2 MOSFET静态伏安特性的定性分析（沟道夹断模型）205

8.3.1静态伏安特性的确精表达式206

8.3 MOSFET静态伏安特性的定量分析（常数迁移率情形）206

8.3.2静态伏安特性的简化表达式210

8.3.3衬底偏压对MOSFET伏安特性的影响214

8.4.1有效沟道长度调变效应215

8.4.饱和区伏安特性与低频小信号漏源电导216

8.4.2漏沟静电反馈效应218

8.4.3空间电荷限制电流220

8.5亚（次）开启漏极电流220

8.6小尺寸MOST的伏安特性223

8.6.1开启电压的短沟道效应（SCE）223

8.6.2开启电压的窄沟道宽度效应（NWE）226

8.6.3小尺寸MOSFET的开启电压227

8.7 MOSFET的击穿电压229

8.6.4小尺寸MOSFET的伏安特性229

8.7.1漏衬pn结雪崩击穿230

8.7.2漏源势垒区穿通232

8.7.3短沟道n沟MOSFET中的负阻击穿与二次击穿233

8.7.4栅击穿235

8.8漏极电流的温度特性235

参考文献240

第九章MOSFET直流特性的补充分析243

9.1 MOSFET的热电子模型243

9.1.1小信号情形244

9.1.2大信号情形246

9.2 MOSFET伏安特性的全电流分析249

9.3.1次开启区的半导体表面势分析253

9.3次开启漏极电流的理论分析253

9.3.2次开启漏极电流254

9.3.3次开启漏极电流的本质255

9.3.4界面电荷对次开启漏极电流的影响256

9.3.5衬底偏压对次开启漏极电流的影响259

参考文献260

第十章MOSFET高频小信号性能和瞬变性能262

10.1沟道的传输线模拟262

10.2内部MOST高频小信号y参量263

10.3内部MOSFET高频小信号等效电路267

10.4外部MOSFET高频小信号等效电路及y参量269

10.5高频小信号增益274

10.6.1内部MOSFET的瞬变性能277

10.6 MOSFET瞬变性能277

10.6.2外部MOSFET的瞬变性能281

10.7提高高频性能和开关速度的途径284

参考文献287

第十一章MOSFET的功率性能和噪声性能289

11.1 MOSFET功率性能289

11.1.1 MOSFET的最大输出功率与安全工作区289

11.1.2功率MOSFET的导通电阻Ron291

11.1.3提高MOSFET漏源击穿电压的途径302

11.1.4热阻307

11.2 MOSFET的噪声性能309

11.2.1沟道热噪声311

11.2.2感应栅噪声315

11.2.3产生－复合噪声316

参考文献317

第三篇特种场效应晶体管320

第十二章特种场效应晶体管320

12.1静电感应晶体管（SIT）320

12.1.1静电感应晶体管的典型结构320

12.1.2静电感应晶体管的工作原理322

12.1.3静电感应晶体管的特性326

12.1.4静电感应晶体管的用途328

12.1.5双极模式静电感应晶体管（BSIT）329

12.2穿通型晶体管330

12.2.1可透基区晶体管（PBT）330

12.2.2穿通型场效应晶体管332

12.2.3空间电荷限制三极管335

12.3化学敏场效应晶体管336

12.3.1气敏场效应晶体管336

12.3.2离子敏场效应晶体管（ISFET）337

12.4红外光敏场效应晶体管（IRFET）338

12.5谐振栅场效应晶体管340

12.6磁敏场效应晶体管（MAGFET）341

12.7压电场效应晶体管（PI-MOST）343

参考文献344

附录A杂质密度矩定理（Momnent’Theorem）346

附录B JFET、MESFET中缓变沟道近似（GCA）适用范围的分析347

附录C JFET、MESFET交流小信号参量中τ1—τ6的表达式350

附录D四端网络噪声性能的表征351