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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JFET 20

2.1.2外延扩散JFET 21

2.1.3集成JFET 21

2.1.4垂直沟道隐埋栅JFET 21

2.1.5 薄层外延GaAs MESFET 23

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 MESFET 24

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gd 68

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ind 137

5.4.2感应栅噪声ing 140

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、ingl 145

5.5.2强场扩散噪声vnd2、ing2 146

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VKF 157

6.3漏源击穿电压BVDS 159

6.4热阻Rth 161

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 MESFET 170

6.6.2硅隐埋栅垂直沟道500MHz 20W JFET 171

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Ron 291

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