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Transistors J-FET, MES-FET, HEMT

Transistors J-FET, MES-FET, HEMT. Transistors à effet de champ. Importance des FET et les différents types Une image physique de « comment ça marche » J-FET et MES-FET Les MOD-FET ou HEMT Les forces motrices pour les FETs modernes. Grille contrôle le canal. Transistors à effet de champ.

jovan
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Transistors J-FET, MES-FET, HEMT

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Presentation Transcript

  1. Transistors J-FET, MES-FET, HEMT

  2. Transistors à effet de champ • Importance des FET et les différents types • Une image physique de « comment ça marche » • J-FET et MES-FET • Les MOD-FET ou HEMT • Les forces motrices pour les FETs modernes

  3. Grille contrôle le canal Transistors à effet de champ • L’effet de champ est la variation de la conductance d’un canal, dans un semi-conducteur, par l’application d’un champ électrique.

  4. Coupe schématique d’un J-FET • ·a :largeur (hauteur) maximale du canal, c’est la largeur «métallurgique ». • · Z :profondeur du composant. • · h est la largeur de la ZCE sous la grille dans le canal. • ·b largeur effective du canal. • L longueur de grille

  5. 2a Transistors à effet de champ à jonction : J-FET • Dispo 3 pattes • Source • Drain • Grille (« gate ») • Rôle de la grille (gate) • Contrôle la largeur du canal

  6. J-FET: transistor à jonction Influence de la tension de grille Influence de la tension de drain-source

  7. Caractéristiques courant - tension • D’après jonction PN: • En un point x => h(x): • Hypothèses simplificatrices: • Mobilité des porteurs cte dans le canal • Approximation du canal graduel ( L >> h => E(x)<< E(y) ) => Eq. de Poisson à 1D: • Approximation de ZCE abrupte V(x) est le potentiel dans le canal: V(0) = VS = 0 V V(L) = VD = VDS

  8. Caractéristiques courant - tension • Tension interne de pincement : la tension aux bornes de la ZCE nécessaire pour déserter tout le canal • la tension de grille à appliquer est donc Tension de seuil ou de pincement

  9. Caractéristiques courant - tension • Courant de drain (suivant x): • Jx = densité de charge x mobilité x champ électrique • courant I:

  10. Caractéristiques courant – tension En intégrant on obtient finalement: Avec : Conductance max du canal

  11. Régime pincé – saturation du courant Pincement Conductance nulle Courant nul !

  12. Si b(x)=0, J tend vers l’infini : impossible Seules solutions pour maintenir I=cte Augmenter v(x) et/ou n(x) 1 seule : n(x)  couche d’accumulation qui « ouvre » le canal.

  13. Courant en régime saturé

  14. Transconductance • Régime linéaire: • Régime saturé:

  15. MES-FET

  16. Fonctionnement en HF Calcul dans le cas du MES-FET: Variation de charge : Neutralité  dans le canal temps de « réaction »

  17. Fonctionnement en HF • est fonction de la longueur du canal  temps de transit des électrons dans le dispositif. • 2 cas: • Modèle mobilité constante • Régime de saturation de vitesse

  18. Fonctionnement en HF Réduction de la taille des composants  modèle qui « colle » à la réalité  « à saturation de vitesse » et s’écrit : Dans le cas contraire:

  19. Transistor à hétérostructure : HEMT Grille Drain Source http://www.eudil.fr/eudil/tec35/hemt/hemtc1.htm

  20. HEMT • largeur du semi-conducteur « grand gap » • largeur du « spacer » • largeur du semi-conducteur « grand gap » dopé • hauteur de la barrière Schottky • discontinuité des bandes de conduction • courbure de potentiel dans la zone 2 «grand gap» (la barrière) MES-FET Parasite

  21. HEMTpour plus de détails : H. Mathieu Canal long Canal court

  22. Idées forces pour la technologie FET Motivations et solutions Forces directrices Miniaturisation • Pb de lithographie => optique, • rayons X • Modèles nouveaux pour le • dessin des dispo Technologie mixte • GaAs + Si: vitesse + densité • CMOS + BJT : densité + puissance Nouveaux matériaux • Matériaux à forte mobilité • Si => GaAs => InGaAs => InAs • Puissance / haute température • Si => GaAs => GaN => SiC Nouveaux concepts • Associer Effet tunnel et FET • Interférence quantique

  23. Bibliographie • S.M. Sze « Physics of semiconductors devices », 2° édition, Wiley, New York, 1981 • H.Mathieu, « Physique des semi-conducteurs et des composants électroniques », 4° édition, Masson 1998. • J. Singh, « semiconductors devices : an introduction », McGraw-Hill, Inc 1994. • Y.Taur et T.H. Ning, « Fundamentals of Modern VLSI devices », Cambridge University Press, 1998. • K.K. Ng, « complete guide to semiconductor devices », McGraw-Hill, Inc • F. Ali et A. Gupta, Eds., « HEMts &HBTs :devices, fabrication, and circuits »,Artech House, Boston, 1991.

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