金屬柵極半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)是通過柵極Schottky勢壘下面耗盡層厚度的變化來控制導(dǎo)電溝道寬度、并從而控制輸出源-漏電流的。
MESFET的導(dǎo)電溝道是金屬柵極下面的未被耗盡的半導(dǎo)體層——溝道層。如果溝道層的摻雜濃度較高、厚度較大,則在0柵偏壓下,柵極Schottky勢壘的內(nèi)建電壓不足以耗盡整個溝道層,即存在溝道,這就是耗盡型MESFET(D-MESFET);相反,如果溝道層的摻雜濃度較低、厚度較薄,則在0柵偏壓下,柵極Schottky勢壘的內(nèi)建電壓就可以耗盡整個溝道層,即不存在溝道,這就是增強(qiáng)型MESFET(E-MESFET)。
(4)HEMT:
高電子遷移率晶體管(HEMT)是利用調(diào)制摻雜突變異質(zhì)結(jié)中的二維電子氣(2-DEG)——高遷移率的二維電子來工作的,導(dǎo)電溝道也就是2-DEG薄層??刂?-DEG的濃度(面密度),即可控制輸出源-漏電流的大小。在0柵偏壓下,有否2-DEG,也就是耗盡型與增強(qiáng)型器件的根本區(qū)別。
在HEMT中,2-DEG出現(xiàn)在突變的調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)中,寬禁帶半導(dǎo)體一邊摻有施主雜質(zhì),窄禁帶半導(dǎo)體一邊不摻雜(即為本征半導(dǎo)體)。對于GaAs體系的HEMT,寬禁帶半導(dǎo)體是n型AlGaAs,窄禁帶半導(dǎo)體是i-GaAs;金屬柵極的下面就是n型AlGaAs層——稱為頂層,它們形成Schottky勢壘(勢壘高度一般為1eV左右)。如果n型AlGaAs頂層的摻雜濃度適當(dāng)高、厚度適當(dāng)大,則在0柵偏壓下就會出現(xiàn)2-DEG,因此是耗盡型FET。但是,如果n型AlGaAs頂層的摻雜濃度較低、厚度較薄,則在Schottky勢壘的內(nèi)建電壓作用下即將耗盡2-DEG,即Schottky勢壘可伸入到i-GaAs層,則HEMT在0柵偏壓下不會導(dǎo)電,因此是增強(qiáng)型FET。總之,對于HEMT,主要是控制摻雜寬禁帶半導(dǎo)體層的摻雜濃度和厚度。
但是,如果HEMT所采用的調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)是極性很大的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié),那么情況將有所不同。譬如n+-Al異質(zhì)結(jié),由于其中的高遷移率2-DEG主要是由極化效應(yīng)中產(chǎn)生出來的,因此,有時在Al控制層中即使不摻雜,也能夠得到大量的2-DEG(可高達(dá)10-2),這時的2-DEG面密度將主要決定于極化效應(yīng)的強(qiáng)度。