Transistors J-FET MES-FET HEMT Ph Lorenzini 1

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

Transistors à effet de champ n n n 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 Ph. Lorenzini 2

Transistors à effet de champ n L’effet de champ est la variation de la conductance d’un canal, dans un semiconducteur, par l’application d’un champ électrique. Grille contrôle le canal Ph. Lorenzini 3

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 Ph. Lorenzini 4

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

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

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

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

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

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

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

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. Ph. Lorenzini 12

Ph. Lorenzini 13

Courant en régime saturé Ph. Lorenzini 14

Transconductance n Régime linéaire: n Régime saturé: Ph. Lorenzini 15

MES-FET Ph. Lorenzini 16

Fonctionnement en HF Calcul dans le cas du MES-FET: Variation de charge : Neutralité dans le canal temps de « réaction » Ph. Lorenzini 17

Fonctionnement en HF n n est fonction de la longueur du canal temps de transit des électrons dans le dispositif. 2 cas: n Modèle mobilité constante n Régime de saturation de vitesse Ph. Lorenzini 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: Ph. Lorenzini 19

Transistor à hétérostructure : HEMT Grille Source Ph. Lorenzini Drain http: //www. eudil. fr/eudil/tec 35/hemtc 1. 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 Ph. Lorenzini 21

HEMT pour plus de détails : H. Mathieu Canal long Canal court Ph. Lorenzini 22

Idées forces pour la technologie FET Forces directrices Miniaturisation Technologie mixte Motivations et solutions • Pb de lithographie => optique, rayons X • Modèles nouveaux pour le dessin des dispo • Ga. As + Si: vitesse + densité • CMOS + BJT : densité + puissance Nouveaux matériaux • Matériaux à forte mobilité Si => Ga. As => In. As • Puissance / haute température Si => Ga. As => Ga. N => Si. C Nouveaux concepts • Associer Effet tunnel et FET • Interférence quantique Ph. Lorenzini 23

Bibliographie n n n 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 » , Mc. Graw. 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 » , Mc. Graw. Hill, Inc F. Ali et A. Gupta, Eds. , « HEMts &HBTs : devices, fabrication, and circuits » , Artech House, Boston, 1991. Ph. Lorenzini 24